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YSI Pro 20i手持式溶解氧儀在不同水體水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究
上海儀器網(wǎng) / 2025-12-25

 

一、引言

1.1 研究背景

溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）是水體中溶解的氧氣分子含量，是反映水體自?xún)裟芰?、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的核心指標(biāo)之一。無(wú)論是淡水生態(tài)系統(tǒng)（河流、湖泊、水庫(kù)）、海水養(yǎng)殖水域，還是工業(yè)廢水排放口、飲用水源地，溶解氧的含量直接影響水生生物的生存繁殖，也決定了水體的污染程度和自?xún)魸摿?。近年?lái)，隨著水污染防治工作的深入推進(jìn)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，對(duì)溶解氧監(jiān)測(cè)的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和便捷性提出了更高要求。
傳統(tǒng)溶解氧監(jiān)測(cè)方法（如碘量法）操作繁瑣、耗時(shí)較長(zhǎng)，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，難以滿足應(yīng)急監(jiān)測(cè)、大面積水域普查和實(shí)時(shí)養(yǎng)殖調(diào)控的需求。手持式溶解氧儀憑借其便攜性、快速響應(yīng)和高精度測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，成為現(xiàn)場(chǎng)溶解氧監(jiān)測(cè)的主流設(shè)備。YSI Pro 20i手持式溶解氧儀作為行業(yè)內(nèi)的代表性產(chǎn)品，具備自動(dòng)溫度補(bǔ)償、鹽度校正、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，可適應(yīng)復(fù)雜水體環(huán)境的監(jiān)測(cè)需求。本研究旨在系統(tǒng)探究該儀器在不同類(lèi)型水體中的應(yīng)用效果，驗(yàn)證其測(cè)量精度和適用性，為水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作者、水產(chǎn)養(yǎng)殖從業(yè)者及環(huán)境監(jiān)管部門(mén)提供科學(xué)的應(yīng)用參考。

1.2 研究目的與意義

本研究的核心目的包括：一是驗(yàn)證YSI Pro 20i手持式溶解氧儀在不同水體（淡水、海水、工業(yè)廢水、飲用水源地）中的測(cè)量準(zhǔn)確性；二是探究溫度、鹽度、pH等環(huán)境因素對(duì)儀器測(cè)量結(jié)果的影響；三是建立基于該儀器的快速監(jiān)測(cè)流程，為現(xiàn)場(chǎng)溶解氧監(jiān)測(cè)提供標(biāo)準(zhǔn)化操作方案。
本研究的意義在于：通過(guò)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證YSI Pro 20i儀器的性能優(yōu)勢(shì)，解決傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法效率低、操作復(fù)雜的痛點(diǎn)；為不同場(chǎng)景下的溶解氧監(jiān)測(cè)提供精準(zhǔn)、高效的技術(shù)方案，助力水污染防治和水產(chǎn)養(yǎng)殖精細(xì)化管理；豐富手持式溶解氧儀的應(yīng)用案例庫(kù)，為同類(lèi)儀器的應(yīng)用提供借鑒。

二、實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

實(shí)驗(yàn)儀器：YSI Pro 20i手持式溶解氧儀（美國(guó)YSI公司，測(cè)量范圍：0-50 mg/L，精度：±0.1 mg/L）、電子天平（精度0.001 g）、恒溫水浴鍋（控溫精度±0.1℃）、pH計(jì)（精度±0.01）、標(biāo)準(zhǔn)溶解氧溶液（0 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心）。
實(shí)驗(yàn)試劑：無(wú)水氯化鈉（分析純）、鹽酸（分析純）、氫氧化鈉（分析純）、蒸餾水（電導(dǎo)率≤10 μS/cm）。

2.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

選取4種典型水體作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分別為：① 淡水：某城市河流表層水（pH 7.2-7.5，溫度18-22℃）；② 海水：某近海養(yǎng)殖區(qū)海水（鹽度25-30‰，pH 8.0-8.3，溫度20-25℃）；③ 工業(yè)廢水：某化工園區(qū)廢水排放口出水（pH 6.0-6.5，溫度25-30℃，含少量有機(jī)物）；④ 飲用水源地：某水庫(kù)表層水（pH 7.0-7.3，溫度15-18℃）。每種水體采集3個(gè)平行樣品，采樣深度為0.5 m，采樣后立即密封，避免與空氣接觸，2 h內(nèi)完成檢測(cè)。

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.3.1 儀器校準(zhǔn)

實(shí)驗(yàn)前按照YSI Pro 20i儀器操作手冊(cè)進(jìn)行校準(zhǔn)：采用標(biāo)準(zhǔn)溶解氧溶液（0 mg/L、10 mg/L、20 mg/L）進(jìn)行三點(diǎn)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)過(guò)程中確保探頭與溶液充分接觸，待讀數(shù)穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)，校準(zhǔn)合格后方可進(jìn)行樣品測(cè)量。

2.3.2 不同水體溶解氧測(cè)量

將校準(zhǔn)后的YSI Pro 20i溶解氧儀探頭分別浸入4種水體的平行樣品中，每個(gè)樣品測(cè)量3次，待讀數(shù)穩(wěn)定（波動(dòng)范圍≤0.05 mg/L）后記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算平均值和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）。同時(shí)，采用碘量法（GB 7489-87）對(duì)同一批樣品進(jìn)行溶解氧測(cè)量，作為對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算YSI Pro 20i測(cè)量結(jié)果與碘量法測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差（RE）。

2.3.3 環(huán)境因素影響實(shí)驗(yàn)

選取淡水樣品為基準(zhǔn)，通過(guò)恒溫水浴鍋調(diào)節(jié)樣品溫度（10℃、15℃、20℃、25℃、30℃），探究溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；通過(guò)添加無(wú)水氯化鈉調(diào)節(jié)海水樣品鹽度（10‰、20‰、30‰、40‰），探究鹽度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；通過(guò)鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)樣品pH（5.0、6.0、7.0、8.0、9.0），探究pH對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。每個(gè)條件下測(cè)量3次，記錄數(shù)據(jù)并計(jì)算RSD。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2021和SPSS 26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算測(cè)量結(jié)果的平均值、RSD和RE，通過(guò)相關(guān)性分析驗(yàn)證YSI Pro 20i測(cè)量結(jié)果與碘量法測(cè)量結(jié)果的一致性，顯著性水平設(shè)為P<0.05。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不同水體溶解氧測(cè)量結(jié)果對(duì)比

YSI Pro 20i手持式溶解氧儀與碘量法對(duì)4種不同水體溶解氧的測(cè)量結(jié)果如表1所示。由表1可知，YSI Pro 20i對(duì)不同水體溶解氧的測(cè)量平均值與碘量法測(cè)量結(jié)果接近，相對(duì)誤差（RE）均在±2.0%以?xún)?nèi)，滿足水質(zhì)監(jiān)測(cè)的精度要求（GB/T 5750.4-2023）。其中，飲用水源地水體測(cè)量精度最高，RE為-0.52%~0.38%，RSD為0.21%~0.35%；工業(yè)廢水水體由于成分復(fù)雜，測(cè)量誤差略大，但RE仍控制在-1.85%~1.62%，RSD為0.42%~0.61%，表明儀器在復(fù)雜水體環(huán)境中仍具備良好的穩(wěn)定性。
水體類(lèi)型
樣品編號(hào)
YSI Pro 20i測(cè)量值（mg/L）
碘量法測(cè)量值（mg/L）
相對(duì)誤差（RE，%）
相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，%）
淡水（河流）
F1
8.25±0.03
8.31
-0.72
0.36
F2
8.18±0.02
8.23
-0.61
0.24
F3
8.32±0.03
8.35
-0.36
0.36
海水（養(yǎng)殖區(qū)）
S1
7.65±0.04
7.78
-1.67
0.52
S2
7.58±0.03
7.69
-1.43
0.40
S3
7.72±0.04
7.85
-1.66
0.52
工業(yè)廢水
W1
4.25±0.03
4.33
-1.85
0.71
W2
4.18±0.02
4.25
-1.65
0.48
W3
4.32±0.03
4.25
1.62
0.69
飲用水源地
D1
8.52±0.02
8.57
-0.58
0.23
D2
8.48±0.02
8.45
0.35
0.24
D3
8.55±0.03
8.52
0.35
0.35

3.2 環(huán)境因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

3.2.1 溫度的影響

溫度對(duì)YSI Pro 20i測(cè)量結(jié)果的影響如圖1所示（以淡水樣品為例）。由圖可知，隨著溫度升高，溶解氧測(cè)量值逐漸降低，這與溶解氧在水中的溶解度隨溫度升高而降低的物理特性一致。在10-30℃范圍內(nèi)，儀器測(cè)量值與溫度呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.992，P<0.01），且測(cè)量值的RSD均小于0.8%，表明YSI Pro 20i的自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能可有效校正溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，在寬溫度范圍內(nèi)仍具備良好的穩(wěn)定性。
暫時(shí)無(wú)法在豆包文檔外展示此內(nèi)容

3.2.2 鹽度的影響

鹽度對(duì)YSI Pro 20i測(cè)量結(jié)果的影響如表2所示。由表2可知，隨著鹽度升高，溶解氧測(cè)量值逐漸降低，這是因?yàn)辂}離子會(huì)降低氧氣在水中的溶解度。在鹽度10-40‰范圍內(nèi)，儀器測(cè)量值與鹽度呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.988，P<0.01），且RE均在±2.0%以?xún)?nèi)，表明通過(guò)儀器的鹽度校正功能，可有效消除鹽度對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾，適用于海水等含鹽水體的監(jiān)測(cè)。
鹽度（‰）
YSI Pro 20i測(cè)量值（mg/L）
碘量法測(cè)量值（mg/L）
相對(duì)誤差（RE，%）
相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，%）
10
8.12±0.03
8.20
-0.98
0.37
20
7.85±0.03
7.95
-1.26
0.38
30
7.62±0.04
7.75
-1.68
0.52
40
7.35±0.03
7.48
-1.74
0.41

3.2.3 pH的影響

pH對(duì)YSI Pro 20i測(cè)量結(jié)果的影響較小，在pH 5.0-9.0范圍內(nèi)，測(cè)量值的波動(dòng)范圍僅為±0.15 mg/L，RE均小于1.0%，RSD小于0.5%。這表明YSI Pro 20i在不同酸堿度的水體中均具備穩(wěn)定的測(cè)量性能，無(wú)需額外進(jìn)行pH校正，適用于酸性、中性和弱堿性水體的監(jiān)測(cè)。

3.3 儀器應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

對(duì)比傳統(tǒng)碘量法，YSI Pro 20i手持式溶解氧儀具有以下應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：① 檢測(cè)速度快：?jiǎn)蝹€(gè)樣品測(cè)量時(shí)間僅需30-60 s，而碘量法需30-60 min，效率提升60倍以上，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速批量檢測(cè)；② 操作便捷：無(wú)需復(fù)雜的樣品前處理和化學(xué)試劑配制，僅需校準(zhǔn)后直接浸入樣品即可測(cè)量，降低了操作人員的技能要求；③ 便攜性強(qiáng)：儀器重量?jī)H250 g，配備防水外殼，可在野外、船上等復(fù)雜環(huán)境中使用，適用于應(yīng)急監(jiān)測(cè)和移動(dòng)監(jiān)測(cè)；④ 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與導(dǎo)出：可存儲(chǔ)1000組測(cè)量數(shù)據(jù)，支持USB導(dǎo)出至電腦，方便數(shù)據(jù)的后續(xù)分析和歸檔；⑤ 精度穩(wěn)定：在不同水體和環(huán)境條件下，測(cè)量誤差均控制在±2.0%以?xún)?nèi)，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的精度要求。

四、YSI Pro 20i手持式溶解氧儀應(yīng)用流程規(guī)范

4.1 前期準(zhǔn)備

① 儀器檢查：檢查探頭是否完好，電纜是否破損，電池電量是否充足（電量≥80%）；② 試劑與耗材準(zhǔn)備：準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)溶解氧溶液、蒸餾水、脫脂棉；③ 采樣準(zhǔn)備：根據(jù)監(jiān)測(cè)需求選擇合適的采樣點(diǎn)和采樣深度，準(zhǔn)備采樣瓶（提前用蒸餾水清洗3次），采樣時(shí)避免樣品曝氣，采樣后立即密封。

4.2 儀器校準(zhǔn)

① 開(kāi)機(jī)預(yù)熱：打開(kāi)儀器，預(yù)熱5-10 min，確保儀器性能穩(wěn)定；② 三點(diǎn)校準(zhǔn)：依次將探頭浸入0 mg/L、10 mg/L、20 mg/L標(biāo)準(zhǔn)溶解氧溶液中，待讀數(shù)穩(wěn)定后按“校準(zhǔn)”鍵確認(rèn)，校準(zhǔn)完成后儀器顯示“校準(zhǔn)合格”；③ 探頭清洗：校準(zhǔn)后用蒸餾水沖洗探頭，并用脫脂棉輕輕擦拭探頭表面，去除殘留的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

4.3 樣品測(cè)量

① 將校準(zhǔn)后的探頭浸入樣品中，確保探頭完全浸沒(méi)且不接觸容器壁，攪拌樣品使溶液均勻；② 待讀數(shù)穩(wěn)定（波動(dòng)范圍≤0.05 mg/L）后記錄數(shù)據(jù)，每個(gè)樣品測(cè)量3次，取平均值作為最終測(cè)量結(jié)果；③ 測(cè)量完成后，用蒸餾水沖洗探頭，并用脫脂棉擦拭干凈。

4.4 后期處理

① 數(shù)據(jù)處理：將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)出至電腦，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成監(jiān)測(cè)報(bào)告；② 儀器維護(hù)：用蒸餾水徹底清洗探頭，晾干后收納，定期（建議每月）對(duì)探頭進(jìn)行校準(zhǔn)和保養(yǎng)；③ 試劑處理：剩余的標(biāo)準(zhǔn)溶液和廢液按環(huán)保要求進(jìn)行處理，避免污染環(huán)境。

五、結(jié)論與展望

5.1 結(jié)論

本研究通過(guò)對(duì)淡水、海水、工業(yè)廢水和飲用水源地4種典型水體的溶解氧監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了YSI Pro 20i手持式溶解氧儀的應(yīng)用性能，得出以下結(jié)論：① YSI Pro 20i手持式溶解氧儀測(cè)量精度高，與標(biāo)準(zhǔn)碘量法測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差均在±2.0%以?xún)?nèi)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.8%，滿足不同水體水質(zhì)監(jiān)測(cè)的精度要求；② 儀器的自動(dòng)溫度補(bǔ)償和鹽度校正功能有效，在10-30℃溫度范圍和10-40‰鹽度范圍的測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定，pH對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響可忽略不計(jì)，適用于復(fù)雜環(huán)境下的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)；③ 相較于傳統(tǒng)碘量法，該儀器具有檢測(cè)速度快、操作便捷、便攜性強(qiáng)、數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)導(dǎo)出等優(yōu)勢(shì)，可顯著提升溶解氧監(jiān)測(cè)的效率和便利性。

5.2 展望

未來(lái)，YSI Pro 20i手持式溶解氧儀可進(jìn)一步拓展應(yīng)用場(chǎng)景，如：① 深水水體監(jiān)測(cè)：配備加長(zhǎng)探頭電纜，實(shí)現(xiàn)湖泊、水庫(kù)等深水水體的溶解氧剖面監(jiān)測(cè)；② 長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)：與數(shù)據(jù)采集器連接，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖池塘、河流等水體的24小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，為水質(zhì)變化趨勢(shì)分析提供數(shù)據(jù)支撐；③ 多參數(shù)聯(lián)合監(jiān)測(cè)：搭配pH、電導(dǎo)率等探頭，實(shí)現(xiàn)溶解氧、pH、電導(dǎo)率等多參數(shù)的同步監(jiān)測(cè)，全面提升水質(zhì)監(jiān)測(cè)的綜合性和科學(xué)性。此外，建議加強(qiáng)儀器的日常維護(hù)和校準(zhǔn)，定期對(duì)探頭進(jìn)行清洗和保養(yǎng)，確保儀器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，為水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作提供可靠的技術(shù)保障。

 

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