淺析攪拌對分光光度法測定水中溶解氧的影響

摘要：隨著人們對科研探索的需求日益增加，對溶解氧的測定要求也越來越高。本文圍繞分光光度測定海水中溶解氧的方法，探討了試驗過程中攪拌對測定溶解氧準確度可能存在的影響。實驗室內制備的溶解氧平行水樣的測定結果表明，攪拌轉速宜控制在中等轉速，沉淀完全溶解即可停止攪拌，這樣既能提高測定效率，也能提高測定精密度。

關鍵詞：溶解氧；分光光度法；攪拌

中圖分類號：X324""""""""" 文獻標志碼：A

溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）是海洋生物地球化學過程中的重要生源要素，與海洋動植物生長密切相關，對維持海洋生態系統的穩定性有重要的作用[1]。

DO是指溶解在水中的氧氣分子，通常用每千克海水中所溶解的氧氣分子的微摩爾數（μmol/kg）表示。海水中的溶解氧測量比較簡單。目前，國家標準檢測方法是碘量法、膜電極法和便攜式溶解氧儀法[2]。碘量法測定相對準確，但是操作麻煩，費時耗力，不適合快速測定大批量樣品。膜電極法需要定期更換隔膜和電解液才能獲得較為準確的數據，且比較適合測量高度渾濁的水體。需要定期對便攜式溶解氧儀進行檢定校準才能獲得準確的數據。隨著針對水體去氧過程的研究和現場大批樣品量的需求日益增加，對溶解氧測定的速度和良好重現性也提出了更高的要求，分光光度法也逐漸應用于測量溶解氧[3]。

在分光光度法測定操作中，溶解氧會固定沉淀，因此需要加酸并攪拌溶解。測樣過程中，樣品瓶未能完全密閉，攪拌可能會影響I2向空氣中的揮發情況影響測定結果，因而本文圍繞不同轉速以及不同攪拌時間對溶解氧測定可能存在的影響進行研究。

1試驗材料與方法

1.1試驗原理

本研究提到的的光度法是基于Winker法的改進[4-5]。其原理是：首先，在待測樣品中加入MnCl2和NaOH-NaI，DO可以將Mn2+氧化成Mn4+，生成MnO（OH）2棕色沉淀。其次，加入H2SO4，將樣品酸化，MnO（OH）2沉淀溶解，高價錳離子將I-氧化I2，I2與過量的I-結合，生成易溶于水的棕黃色的I3-絡合物。用分光光度法定量棕黃色的I3-絡合物濃度。

1.2主要儀器

日本島津UV-1800紫外可見分光光度計、Hellma Analytics10mm流通池、60mL生化需氧量瓶（BOD瓶）、寧波某儀器廠THYD-0530W低溫恒溫槽（溫度±0.05℃）、0mL～1mL定量加液器、磁力攪拌器、Tygon？管、三通閥。

1.3主要試劑

測定溶解氧所用的試劑主要參考Winker滴定法，試劑濃度和用量參照全球海洋通量聯合研究（JGOFS）[6]計劃的采樣規范。本研究用到的水樣均為去離子水，不需要加入為消除可能存在的亞硝酸鹽對溶解氧測定影響的疊氮化鈉[7]，也不需要加入校正樣品濁度的過硫酸鈉[4]。因此，在本研究用到的試劑中，KIO3為基準物質，其余試劑均為分析純級別，濃度分別為3mol/L的MnCl2，4mol/L的堿性NaI，體積分數為28%的H2SO4，5mmol/L的KIO3標準溶液。

1.4溶解氧樣品采集

溶解氧的采樣方法參照JGOFS采樣規范。采樣時，用Tygon？管將水樣引出，首先，將采樣管內的氣泡趕走，其次，將采樣管伸入潤洗過的生化需氧量瓶底部，使海水裝滿生化需氧量瓶后繼續溢流至少1/2瓶子體積，再次，將采樣管緩慢提起，沖洗瓶蓋，并用定量加液器依次加入0.5mL的MnCl2和0.5mL的堿性NaI，使水樣中的溶解氧在堿性條件下沉淀固定，最后，蓋好瓶蓋后立即將沉淀搖勻，上下顛倒至少20下后靜置2h。

2試驗裝置

光度法測定溶解氧的流通系統參考Pai等[4]方法。在進樣品測定前，整個流動系統必須全部充滿液體，管路內不能有氣泡。當三通閥管路閥門切換至純水時，在虹吸作用下，純水流入流通池，儀器調零。當三通閥管路閥門切換至樣品管路時，已經酸化后的棕黃色樣品帶入流通池，待數值穩定后在466nm波長處測定其吸光值。

3試驗方法

在測定前，把樣品放置在25°C的恒溫槽。恒溫至少0.5h后，取出生化需氧量瓶，用紙吸去瓶口多余的水。打開瓶塞后，放入潔凈干燥的攪拌子，加入0.5mL體積分數為28%的H2SO4，攪拌均勻。待沉淀樣品完全溶解后停止攪拌，將流通系統的進樣管放入瓶子中下部，旋動三通閥使樣品進入10mm流通池的分光光度計，待讀數穩定后記下吸光值。

4結果與分析

4.1試劑空白

在裝滿純水的生化需氧量瓶中，加入0.5mL體積分數為28%的H2SO4和0.5mL的堿性NaI，蓋好瓶蓋后，上下顛倒搖勻置于25℃恒溫槽。恒溫1h后，取出生化需氧量瓶，用紙吸去瓶口多余的水。打開瓶塞后，放入潔凈干燥的攪拌子，加入0.5mL的MnCl2試劑，待溶液攪拌均勻后，馬上停止攪拌。將流通系統的進樣管放入瓶子中下部，旋動三通閥使樣品進入流通池，待讀數穩定后，記下吸光值。本次試驗的試劑空白為0.001。

4.2標準曲線繪制以及樣品濃度計算

標準曲線的配置方法以及溶解氧濃度計算主要參考Labasque等[5]。與試劑空白的操作步驟一樣，不同的是在加入MnCl2試劑，攪拌均勻停止后，分別將1mL、2mL、3mL的標準碘酸鉀加入生化需氧量瓶內，待攪拌均勻后，再次停止攪拌。然后將流通系統的進樣管放入瓶子中下部，旋動三通閥使樣品進入流通池，待讀數穩定后記下吸光值。

測定標準曲線時不需要固定水中的溶解氧，而是通過將碘酸根離子氧化成棕黃色的I3-溶液。其反應如公式（1）、公式（2）所示。

IO3-+5I-+6H+=3I2+3H2O（1）

I2+I-=I3-（2）

I3-濃度的計算過程如公式（3）所示。

CI3-=（3）

式中：CI3-為棕黃色的I3-的濃度，μmol/L；CKIO3為KIO3的濃度，μmol/L；VKIO3為加入的KIO3的準確體積，mL；VBottle為生化需氧量瓶的準確體積，mL；VMnCl2為加入的0.5mL的MnCl2試劑的準確體積，mL。

用光度法測定CI3-的標準系列可得其吸光值A-CI3-工作曲線，如圖1所示。在本次試驗中，吸光值A與CI3-工作曲線測定3條，且呈現良好的線性關系，相關系數均能達到gt;0.9999以上，工作曲線的率的相對標準偏差小于0.3%。

測得樣品的吸光度值，對照標準曲線查出CI3-含量，根據溶解氧樣品中CDO-1/2CI3-關系、體積和密度換算，間接得出樣品的溶解氧含量。其計算過程如公式（4）所示。

式中：CDO為溶解氧的濃度，μmol/kg；ASample為樣品的吸光值；ABlank為流通池空白的吸光值；ε為吸光值A與CI3-工作曲線的斜率；VNaI為加入的0.5mLNaI試劑的準確體積，mL；

VH2SO4為加入的0.5mL的H2SO4試劑的準確體積，mL；ρ為樣品的密度，可根據溫度和鹽度，通過公式（5）計算。

ρ=999.842594+0.06793952×t-0.00909529×t2+0.0001001685×t3-0.000001120083×t4+0.000000006536332×t5+（0.824493-0.0040899×t+0.000076438×t2-0.00000082467×t3+0.0000000053875×t4）×S+（-0.00572466+0.00010227×t-0.0000016546×t2）×S1.5+0.00048314×S2（5）

式中：ρ為樣品的濃度，kg/L；t為樣品測定時的溫度，25℃;S為樣品的鹽度。由于本次試驗用的是去離子水，因此S為0。

4.3平行水樣的制備

海水中的DO含量與分布可以提供較多的信息，例如，利用DO的分布可揭示海洋生物的光合作用以及海洋有機物質的氧化降解作用等。在實際環境樣品中，比較難采集到大批量濃度均一的水樣，為了保證試驗結果的準確性，試驗需要采集穩定性好，濃度單一的水樣作為測定水樣，因而選擇在實驗室內用制備平行水樣。準備方法：用10L底部有出水口的水桶（聚碳酸酯材質）裝去離子水，加入氣泡石均勻爆氣3h以上，靜置30min后備用。當采樣時，需要避免水樣擾動引入空氣而影響結果，采樣過程中不能晃動水桶，用60mL的生化需氧量瓶在水桶的底部出水口進行采樣。按照圖2，制備3批平行水樣，每次共采集15～24個平行樣測定。由于每批平行水樣的曝氣條件（曝氣時間、水溫以及曝氣室溫）不一致，因而每批的平行樣測定結果之間存在略小差異。從結果上看，同一批平行水樣的測定結果偏差lt;2μmol/kg，相對標準偏差≤0.13%，驗證了該制備平行水樣方法的可行性。。

4.4攪拌轉速的影響

在不同轉速情況下，樣品液面的狀態以及沉淀完成溶解的時間不同，見表1。當轉速偏大時，形成的凹液面過大，會產生漩渦、引起氣泡，加快了I2向空氣中揮發的速度。當轉速偏小時，沉淀完全溶解時間過長，會使I2向空氣中不斷揮發，影響測定效率。選擇三批不同時間段制備的平行水樣，測定在不同攪拌轉速（400r/min、700r/min、1000r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min）下DO濃度變化。如圖3所示，隨著攪拌轉速的增加，其DO濃度有呈現略微下降的趨勢，平行水樣的測定結果相對標準偏差均大于0.13%。用斯皮爾曼方法進行顯著性檢驗，P值均小于0.05，表明轉速對測定結果的影響顯著。因此，為了提高DO測定的精密度，測定過程中應該選擇中等轉速，且全程保持在相同的攪拌速度。

4.5攪拌時間的影響

選擇三批不同時間段制備的平行水樣，在中等轉速700r/min、1000r/min、1500r/min情況下，測定不同攪拌時間（15s、30s、60s、120s、180s、240s、300s）下DO濃度變化。如圖4所示，隨著攪拌時間增加，DO濃度變化相對標準偏差接近0.13%。用斯皮爾曼方法進行顯著性檢驗，P值均大于0.05，表明攪拌時間對測定結果的影響不顯著。因此，為了提高DO測定的效率，加酸溶解錳氧化物后溶液攪拌均勻即可停止攪拌。。

5結論

海洋中的溶解氧對整個海洋生態系統具有重要意義，是維持海洋生態系統穩態的關鍵環境因子。本文針對分光光度法測定溶解氧，測試了不同轉速以及攪拌時間對平行水樣的吸光值，通過標準曲線計算了不同試驗組的溶解氧濃度變化，討論了不同轉速以及攪拌時間對準確值的影響。研究結果表明，研究結果表明，加酸溶解錳氧化物后攪拌轉速控制在相同的中等轉速，待沉淀完全溶解即可馬上停止攪拌，這樣既能提高測定效率，也能提高測定精密度。

參考文獻

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[7]郭香會. 珠江與密西西比河口碳酸鹽系統的比較研究[D]. 廈門：廈門大學，2009.