國產好儀器科普系列 | 溶解氧及實驗室溶解氧傳感器校準
更新時間：2026-02-27 瀏覽次數：143
溶解氧
氧幾乎是所有生物的重要組成部分，同時也是無數自然和工業過程的重要元素。氧是無色無味的氣體，在大氣中的含量約為21%，氧是地殼中含量最高的元素，占總質量的近50%，也是宇宙中含量第三豐富的元素。與幾乎所有氣態元素（惰性氣體除外）一樣，氧在地球上幾乎只以分子形式存在于氣體中，兩個氧原子共價結合形成一個氧分子。它的名字源于古希臘語，意思是“酸化劑"。這不能從字面上去理解，因為酸的“成因"，即氫離子，是后來才被發現的。
我們之所以在這里討論氧，是因為它在液體中的溶解性，尤其是在水和水溶液中的溶解性。
除此之外，氧的溶解性對于水中的生命以及大多數生物和生化過程至關重要。氧和許多氣體一樣，不僅能溶解在液體中，還能溶解在塑料等物質中，這種溶解性取決于兩個因素，大氣中的氧分壓和液體的溫度。
為什么需要校準實驗室溶解氧傳感器？
實驗室溶解氧傳感器需要校準有幾個原因：
◎ 電化學傳感器的原理是金屬電極在氧氣存在的情況下發生溶解，并與電解質相互作用，導致溶解度低的鹽類沉淀。沉淀物會導致內阻增加，從而減少電荷傳輸。這可以在一定時間內通過電子方式進行補償。
◎ 對于光學傳感器，染料會隨著時間的推移而“漂白"，從而減少熒光。這個過程也可以通過校準和調整進行補償。如果可以接受每年百分之幾（3%-5%）的低漂移，則可以省去校準的麻煩，通過賽萊默旗下品牌 WTW 傳感器的傳感器帽自動傳輸的出廠校正系數（“出廠校準"），可以實現測量。
如何校準實驗室氧傳感器？
出于測試目的，有一些混合氣體具有規定的氧含量。但是價格昂貴的同時，它們不是必需的。
只有兩個變量在校準中起作用：
◎ 作為氣壓函數的當前氧分壓，非標準化氣壓
◎ 與溫度相關的水蒸氣分壓
圖1：帶讀取觸點和校準信息芯片的蓋膜背面和頂部視圖
在我們通常可以接觸到的區域中，氧氣的比例始終保持不變，即大約占空氣的21%。不管是在海平面上還是在海拔3800米的的喀喀湖上，變化就是絕對氣壓和相應的氧氣分壓。在海平面上，氧氣分壓約為212 hPa，而在海拔3800米處，氣壓略低于650 hPa，氧氣分壓只有約135 hPa。當然，校準時必須考慮到這一點。
第二個重要影響因素是水蒸氣。根據DIN EN ISO 5814:2013-02，在飽和的水蒸氣空氣中進行校準，因為這些比率也可以很容易地在合適的容器中建立。根據已知的氣壓和飽和時與溫度有關的主要水蒸氣分壓（在海平面以上的“正常"高度，可忽略與氣壓有關的因素），可計算出當前的氧分壓，并將其用作參考值。然而，重要的是蓋膜上不能有水滴沉積，因為由于氣相和液相的擴散行為不同，水滴會導致不正確的校準結果。
原則上，所有WTW溶解氧傳感器都只在水蒸氣飽和的空氣中進行校準，無需進行零點校準。可使用Na2SO3溶液或純氮氣環境檢查傳感器的零點信號。
校準結果
電化學傳感器
對所有電化學傳感器而言，斜率因子都是內部確定的，因此可以在指定范圍內進行有效校準。
如果隨后在空氣中對傳感器進行測試，結果是空氣飽和度為102%至104%。這種過度結果是正常的，這是由于浸入液體中時，由于傳感器原理造成的氧氣耗盡，在薄膜前形成了一層不變的液體，作為額外的擴散屏障，當然在空氣中是不存在的。
圖2：電化學氧傳感器的校準曲線
光學氧傳感器
電化學傳感器在校準過程中會顯示出一條線性特征曲線，這是電流測量原理造成的。
光學傳感器的情況則有所不同。雖然淬火不是一個線性過程，但斜率因子也會在此設定，只是比電化學傳感器的斜率因子范圍更窄。由于這種傳感器不消耗氧氣，校準后的理想值是100%空氣飽和度。
