水中の溶存酸素量を測定するには、どのような方法が用いられますか？

我が国の試験方法規格には以下のものが含まれます。 「水中の溶存酸素の測定 - ヨウ素滴定法」(GB7489-1987)、「水中の溶存酸素の測定 - 電気化学プローブ法」(HJ506-2009)、および米国ASTM規格(D888-05)。最初の2つは中国の国家規格および業界標準法であり、最後の1つは米国環境保護庁が認める標準法である。

溶存酸素を測定するためのヨウ素滴定法の原理： 水中の溶存酸素の測定は、一般的にヨウ素滴定法を用いて行われます。硫酸マンガンとアルカリ性ヨウ化カリウム溶液を水に加えると、水酸化マンガンが沈殿します。水酸化マンガンは非常に不安定な性質を持つため、水中の溶存酸素と速やかに反応して硫酸マンガンを生成します。15分後、濃硫酸を加えると、生成した褐色の沈殿物が溶液に加えたヨウ化カリウムと反応し、ヨウ素の沈殿物が多いほど溶存酸素量が多くなり、溶液の色が濃くなります。反応後の水サンプルをピペットで一定量採取し、指示薬としてデンプンを用い、標準溶液で滴定して、水サンプル中の溶存酸素量を算出します。

ヨウ素測定法は手順が複雑で現場測定には適しておらず、検出時間が比較的長くなる。藻類が繁殖する水域では、光合成によって放出される酸素量が増加し、水中の酸素が過飽和状態になることがある。このような場合、ヨウ素法で水中の溶存酸素量を正確に測定することは困難であり、測定結果も十分な精度が得られない。

溶存酸素を測定するための電極ポーラログラフィーの原理： 2つの電極間に一定の電圧を印加すると、電子が陰極から陽極へ流れ、拡散電流が発生します。ある温度では、拡散電流は溶存酸素濃度に正比例します。電流と溶存酸素濃度の間に定量的な関係を確立します。装置は電流計の読み取り値を自動的に溶存酸素濃度に変換し、画面に溶存酸素値を表示します。

水中の溶存酸素を測定する電極ポーラログラフィー法は、手順が簡単で迅速であり、装置価格も比較的安価であるため、国家標準法の一つに数えられています。しかし、酸素が消費されるにつれて、膜や電極上に汚れが付着し、酸素濃度勾配が生じて反応速度が低下します。半透膜が損傷すると、電解液が汚染されやすくなり、電池の電位ドリフトが発生し、そのドリフトが水サンプル中の溶存酸素濃度として誤って表示される可能性があります。そのため、電解液と半透膜は定期的に交換する必要があります。

溶存酸素を測定するための蛍光法の原理： 変調された青色光を蛍光物質に照射して励起させ、赤色光を発光させる。酸素分子による消光効果のため、励起赤色光の照射時間と強度は酸素分子濃度に反比例する。青色光と同期させた赤色光源を基準として、励起赤色光と基準光の位相差を測定し、内部校正値と比較することで酸素分子濃度を算出する。いくつかの処理を経て、溶存酸素濃度を出力する。

水中の溶存酸素を測定する蛍光LDO法は、簡便かつ迅速な方法です。最初の2つの方法と比較して、蛍光LDO法は校正が不要で、応答時間が速く、測定結果が安定しており、流量の要件がなく、干渉がなく、洗浄頻度が少なく、メンテナンスの手間も少ないという利点があります。