采用液滴分析技术定量检测水中溶解氧的研究

采用液滴分析技术定量检测水中溶解氧的研究冯国红１，２＊，裘祖荣１，廖和琴１（１．天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津３０００７２；２．东北林业大学工程技术学院，黑龙江哈尔滨１５００４０）摘要：在原有光纤－电容传感器的基础上，引入了光纤溶解氧（ＤＯ）传感器，在保持液滴分析仪原有结构的情况下，可同时获得水质的定性和定量信息。基于液滴分析技术（ＤＡＴ）对水中３０种不同浓度的ＤＯ含量进行了检测。实验结果表明，基于ＤＴＡ，采用光纤ＤＯ传感器检测液体的ＤＯ含量是有效的。在考虑温度影响时，二次多项式拟合模型效果最佳，系统的灵敏度可达０．１ｍｇ／Ｌ，最大相对误差为２．３８％。关键词：液滴分析技术（ＤＡＴ）；液滴指纹图；溶解氧（ＤＯ）；水质指标；定量检测中图分类号：ＴＮ２４７文献标识码：Ａ文章编号：１００５－００８６（２０１２）０１－０１３０－０７ＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｘｙｇｅｎｉｎｔｈｅｗａｔｅｒｂｙｄｒｏｐｌｅｔａｎａｌｙｓｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＦＥＮＧＧｕｏ－ｈｏｎｇ１，２＊，ＱＩＵＺｕ－ｒｏｎｇ１，ＬＩＡＯＨｅ－ｑｉｎ１（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅａｓｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒ－ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｓｅｎｓｏｒ，ｗｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｘｙｇｅｎ（ＤＯ）ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｅｎｓｏｒ，ｗｈｉｃｈｃａｎｏｂｔａｉｎｔｈｅｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅａｎｄｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｓｉｍｕｌ－ｔａｎｅｏｕｓｌｙｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｄｒｏｐｌｅｔａｎａｌｙｚｅｒ．Ｂａｓｅｄｏｎｌｉｑｕｉｄｄｒｏｐｓａｎａｌｙｓｉｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅ（ＤＡＴ），３０ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆＤＯｈａｖｅｂｅｅｎｔｅｓｔｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｔｉｓｆｅａｓｉｂｌｅｔｏｔｅｓｔｄｉｓ－ｓｏｌｖｅｄｏｘｙｇｅｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｅｎｓｏｒｕｓｉｎｇＤＡＴ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｆｆｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｑｕａｄｒａｔｉｃｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｍｏｄｅｌｇｉｖｅｓｔｈｅｂｅｓｔｆｉｔｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ′ｓｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｉｓ０．１ｍｇ／Ｌ，ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍａｌｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｉｓ２．３８％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｒｏｐｌｅｔａｎａｌｙｓｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＤＡＴ）；ｌｉｑｕｉｄｄｒｏｐｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ；ｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｘｙｇｅｎ（ＤＯ）；ｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ；ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ１引言液滴分析技术（ＤＡＴ，ｄｒｏｐａｎａｌｙｓｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）是在一定测试系统条件下，在被测液体形成液滴的过程中，采用相应手段对被测液滴实施监测，以获得有关该被测液体的物理、化学特性参数，从而对液体进行定性和量化识别的技术［１，２］。目前，ＤＡＴ主要是采用光纤传感器或电容传感器对液滴的生长过程进行实时监测［３，４］，从而获得液体的“液滴指纹图”，通过对“液滴指纹图”进行特征提取实现液体的识别。其应用主要停留在定性识别阶段，无法定量获知被分析液体具体的水质指标。本文在通过采用ＤＡＴ获得定性识别信息的同时，对定量检测水质指标进行了研究。表征水质好坏的指标有很多，其中溶解氧（ＤＯ）是重要的参数之一，本文首先对它的定量检测进行了研究。ＤＯ是指溶解于水中的分子态Ｏ２，以ｍｇ／Ｌ表示。目前关于ＤＯ的测量，发展的主流是基于荧光淬灭原理的光纤ＤＯ传感器［５～８］。基于此，本文在原有光纤传感器和电容传感器的基础上，引入光纤ＤＯ传感器，在获得液体的“液滴指纹图”的同时，测出液体的ＤＯ含量。光电子·激光第２３卷第１期２０１２年１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ·ＬａｓｅｒＶｏｌ．２３Ｎｏ．１Ｊａｎｕａｒｙ２０１２＊Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｇｈ－１９８０＠１２６．ｃｏｍ收稿日期：２０１１－０７－０４修订日期：２０１１－０９－１５基金项目：国家自然科学基金（５１００５１６５／Ｅ０５１１０２）资助项目２基于液滴分析技术的ＤＯ检测原理基