第五部分操作原理Word文件下载.docx
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1–在校正程序前将校正容器充满，保证校正杯或烧杯中的校正标准液的高度足以充满整
个电导池。
2–将多参数仪主机放入校正溶液时，摇动主机以去除电导池上的气泡。
3–校正过程中，考虑到温度的影响，在按照校正规程进行工作前，必须让传感器稳定一
段时间（大约60秒）。
校正后的读数只能达到校正时的水平。
4–尽量在接近25oC的温度下进行传感器的校正，这样可以减少温度补偿误差。
5.2盐度
盐度是由多参数仪主机检测到的电导率和温度自动计算得到的，运算法规根据水和海
水检测的标准方法（1989）[StandardMethodsfortheExaminationofWaterandWastewater（ed.
1989）]。
如果使用实际盐度测量（PracticalSalinityScale），结果是无单位的数值，因
为计算是根据标准海水15°
C下的电导率来进行的。
但是，这个无单位的数值非常接近于
过去方法所得到的数值，过去的方法将盐度表示为在一定质量水中溶解盐的质量（千分之
几ppt）。
因此，设备以“ppt”为标度输出数据。
5.3总溶解固体物质（TDS）
溶解在环境水样中的离子物质导致了水样的导电性。
因此，导电性的大小（或者电导
率）数值可以被用来粗略的估计存在的离子化合物的量（g/L）。
6-系列软件用一个简单的
乘法因子实现了从电导率到总溶解固体（TDS）的转换。
但是，这个因子很大程度上取决
于存在的离子物质的性质。
所以如果要确保这种转换更加准确，用户必须自己测定被测地
点水样的这个转换因子。
用以下的方法测定转换因子：
1.测定被测定水样的电导率；
2.将部分水样过滤；
3.将精确体积的过滤水样完全蒸发，得到干的固体：
4.将得到的固体精确称重；
5.把固体的重量（以克为单位）除以水样的体积（单位升），得到该水样的总溶解固体
TDS（g/L）；
将TDS数值除以水样的电导率（以mS/cm为单位），得到转换因子。
注意使用正确的单位。
6.从高级｜传感器（Advanced|Sensor）菜单将测定得到的常数输入主机软件中，从计算
机/主机界面中可以查看正确的TDS数值。
警告：
软件的高级｜传感器（Advanced|Sensor）菜单中的电导率（mS/cm）－TDS（g/L）
转换因子默认值（0.65）仅对TDS粗略总量的估算有用。
如上所述，要使TDS的计算准
确，用户必须实际测定转换因子。
即使这样，如果在无人伺服状态测定时或者采样间隔时
被测水样中的离子物质的性质发生了变化，那么TDS数值也将有误差。
因此很重要的一
点是要认识到，总的来说，从电导率不可能完全精确地计算出TDS值，除非水样的化学
组成保持不变。
注意：
EcoWatchforWindows中电导率（mS/cm）－TDS（g/L）转换因子的默认值等于
0.65，但是，这个常数在EcoWatchforWindows中是不可变，不像在主机软件那样，在主
机软件中此因子可变。
因此，要从EcoWatch文件中的数值计算TDS用户必须将电导率读
数导出至一个电子制表软件中，并在其中按以下公式进行计算：
TDS（g/）L=电导率（mS/cm）x（用户得到的因子）
5.4氧化还原电位ORP
YSI多参数水质监测仪通过测定化学插入电极和参比电极之间的相对电位差来测量介
质中的氧化还原电位。
要用多参数仪来测定ORP，必须将pH/ORP组合探头安装在隔板
内，并且ORP探头必须用主机的ISE2通道接通。
ORP传感器包括一个安在探头顶端的铂
钮，金属铂的电压读数是相对于组合传感器的Ag/AgCl参比电极的。
Ag/AgCl电极使用胶
体电解液。
ORP数值以毫伏表示，没有温度补偿。
校正和温度影响
新的ORP传感器不需要进行校正。
但是经常使用的较旧的传感器可能会偏离理论的
ORP值。
偏离的原因通常是因为参比电极胶体中的KCl浓度发生了变化。
要检查传感器
是否正常工作，可将ORP探头放入3682Zobell溶液中，监测毫伏读数。
如果检测是在规
定范围内在通常室温条件下，它的ORP读数应该在221-241之间。
如果读数超出了这个范
围，可以用2.6,校准中提到的校正步骤对探头进行校正并纠正读数（25°
C231mV）。
根据温度的不同，同一溶液的ORP读数最多可以变化100mV。
但是，这个变量没有
标准的补偿运算法则。
报告ORP数值和检查传感器校正工作时必须考虑这个因素的影
响。
对于Zobell溶液来说，温度对它的ORP读数的影响请参考以下的表格：
摄氏温度TEMPERATURE,
CELSIUS
ZOBELL溶液数值ZOBELL
SOLUTIONVALUE,MV
-5270.0
0263.5
5257.0
10250.5
15244.0
20237.5
25231.0
30224.5
35218.0
40211.5
45205.0
50198.5
YSI公司环境监测系统操作手册257
1–ORP校正溶液（包括Zobell溶液）的配制请参阅水和废水检测的标准方法（Standard
MethodsfortheExaminationofWaterandWastewater）中的2580节。
或者可以直接从YSI公
司购得Zobell溶液。
2–确认ORP灵敏度的溶剂可以向YSI购买。
订购信息请联系YSI顾客服务部。
3–ORP读数通常在标准溶液（比如Zobell溶液）中能够较快稳定，在大多数环境水中稳定
的时间会稍长一些。
在野外工作中测定ORP时必须考虑这个因素。
4–清洗和保存pH/ORP传感器必须按2.10，维护保养与储存中的说明来操作。
5.5PH
YSI多参数水质监测仪使用一个可替换的pH电极来测定氢离子的浓度。
探头是一个
组合电极，由两部分组成：
包括一个质子选择玻璃槽，槽内充满pH值约等于7的缓冲溶
液；
另外还有一个使用胶体电解液的Ag/AgCl参比电极。
一条表面覆盖有AgCl的银线浸
入到缓冲液槽中。
玻璃两边（介质和缓冲液槽）的质子（H+离子）选择性的与玻璃作用，在玻
璃膜两边形成了电位梯度。
因为内部缓冲溶液中的氢离子浓度是不变的，因此测得的这个
电位梯度（相对于Ag/AgCl参比电极）就正比于介质中的氢离子浓度。
600R中的pH系统使
用单独的玻璃电极和参比电极，但是操作的原理是相同的。
对6561pH,6565和6566pH/ORP传感器和600RpH系统的检测表明它们的使用寿命
长、响应时间佳、在绝大多数环境水样中的读数准确（包括低离子强度的淡水）。
所以，对
于低电导率的水样不需要（也未提供）其它的特殊传感器。
软件通过已经建立的pH与输出的毫伏数之间的线性关系计算出pH值，这种线性关
系的定义是根据Nernst方程转化，如下：
YSI公司环境监测系统操作手册258
E=Eo+2.3RT*pHE=输出的毫伏数
nF
Eo=与参比电极相对的常数
T=测量的开尔文温度
R,n,和F是固定常数
这样，上式可简化为y=mx+b的形式，也就是（mV输出）=斜率X（pH）+截距。
为了将
这个简单的式子量化，设备必须用已知pH数值的商品缓冲溶液来正确的进行校正。
在这
个过程中，必须实验测定2个标准缓冲溶液的毫伏值，然后用这两个读数来校正毫伏～pH
图的斜率和直线截距。
校正步骤完成后，只要校正和读数是在同一个温度下进行，探头在
任何介质中的毫伏输出都可以容易地被主机软件转换成pH数值。
然而，这个限制在现实
环境测量中几乎是不可能满足的，因为使用过程中即使只是一个昼夜循环，温度也要变化
好几度。
所以，必须有一个可以对温度进行补偿的机制，或者说，将Tc（校正温度）下
pH～毫伏图的直线斜率和截距转化成Tm（测量温度）下pH～毫伏图的斜率和截距。
幸运的
是Nernst方程为这种转换提供了理论基础。
.
根据上面所示的Nernst方程，pH～毫伏图的直线斜率正比于开尔文绝对温度。
因
此，如果实验测得298K（250C）的斜率是59mv/pH，那么313K（400C）下的斜率一定是
（313/298）*59=62mv/pH，283K（100C）斜率计算得56mv/pH（（283/298）*59）。
测定不同
校正温度下pH～mV图的斜率就变得相对简单了。
为了要确定新直线的截距，必须知道不
同温度下pH～mV图的相交点（等势点）。
主机软件把pH7的标准溶液毫伏读数指定为等
势点，然后用这个假设计算截距。
新的温度下的pH～mV直线的斜率和截距确定后，计算
新的温度条件下的pH值就非常简单了，它由主机软件自动进行。
1-校正前把校正杯充满，保证校正/保存杯中校正缓冲液的高度至少浸没pH探头和6560
温度传感器½
英寸。
2–改变校正缓冲溶液时必须用去离子水冲洗传感器
3–pH校正过程中，进行校正程序之前，考虑到温度的影响，必须让传感器稳定一段时间
（大约60秒）。
校准后的pH读数只能达到和校正一样的水平。
4–遵照本手册中2.10，维修，保养和储存中的建议清洗和保存探头。
YSI公司环境监测系统操作手册259
5.6深度和水位
YSI多参数水质监测仪可以装配深度传感器或水位传感器。
事实上，这两种传感器都
是测量深度，但是按照YSI的惯例，水位指的是透气式测量结果，而深度指的是非-透气
式测量结果。
这两种测量都是将差动变形测量换能器的一面暴露在水中来测量压力。
对于深度测量，传感器的另一面暴露在真空中。
传感器测得的压力等于水柱的压力加
上水上的大气压力。
深度计算使用的压力只能是水柱施加的压力，因此，当在空气中校正
深度时，软件会记录下大气压力并将它从后面所有的测量结果中扣去。
这种修正大气压力
的方法会引入一个小的误差，因为软件使用校准时的大气压，而两次校准之间（校准后开
始进行测量起到下一次校准之间的这段时间内）的大气压可能发生变化，这种大气压的变
化会表现为深度读数的变化。
这个误差等于大气压每变化1mmHg柱，深度读数就会变化
0.045英尺。
在实际应用中，经常校正能够减少这个误差。
考虑到长时间监测过程中通常
的气压变化，±
0.6英尺（0.2m）的误差是很普遍的。
如果在应用过程中误差很大，我们建议
您用水位传感器代替深度传感器。
与深度测量一样，水位传感器也是使用一面暴露在水中的差动式换能器来测量深度。
但是，水位传感器的另一面是敞开到大气中的。
这样，传感器测到的压力只有水柱施加的
压力。
大气压力可以被忽略，大气压力的变化也根本不会影响读数。
传感器的伏特输出正比于压力。
主机软件通过厂家安装时设定的校正参数，把这个伏
特数转换成以英尺或米为单位的深度读数。
读数自动进行温度补偿，密度补偿，密度是由
测量得到的环境水样的盐度估算而来的。
关于水位测量的更多信息请参阅附录G，使用透气式水位仪。
使用深度传感器前必须调零。
水位传感器第一次使用前也需要稍微地进行调整。
这个
过程只能在空气中（不是浸没）根据校准菜单的指导说明进行。
也可以在传感器被浸没到水
YSI公司环境监测系统操作手册260
中之后，通过校正程序将传感器设置为任何已知的深度。
主机软件会根据工厂校正记录自
动考虑传感器的温度相关性。
测量和校准注意事项
（1）除非您知道主机和水面的确切距离，否则校正过程中请不要将主机浸没在水中。
在空
气中进行校正（调零）是通常建议的方法。
（2）记住深度传感器是非透气式的。
实际一点说，这意味着传感器校准后大气变化会表现
为深度读数的变化。
这种影响是很大的，特别是对于深度探头的0-30英尺选项。
例
如，大气压变化1mmHg柱将会导致深度读数大约0.045英尺（0.012m）的变化。
如上所
述，水位传感器排除了这种误差，因为水位传感器是敞开到大气中的。
5.7温度
YSI多参数水质监测仪使用熔结金属氧化物热敏电阻来测量温度，这种电阻的电阻值
会随着温度的变化而变化。
从电阻计算温度的运算法则已经建立在主机软件中，并可以自
动提供以摄氏度、开尔文温度、华氏温度表示的准确的温度读数。
温度传感器无需校正或
维护。
5.8溶解氧
YSI多参数水质监测仪使用专利的YSI快速脉冲系统来测量溶解氧（DO）。
使用这项技
术最主要的优点是可以监测DO，而不是通过取样，取样的方法会大大的降低精确性。
标
准的DO电化学检测器很大程度上依赖于溶液的流动，所以需要对测量的介质进行搅拌。
有两种方法提供搅拌：
一种是通过辅助的搅拌器（搅拌器将会大大消耗便携系统储备的电
池），另一种则在进行现场采样测定时不断的搅动检测器（这将会很不方便）。
快速脉冲溶解
氧技术克服了这些缺点，因为无需进行搅拌就可以得到准确的读数。
另外，因为这种技术
的性质，减少了某些污垢对传感器的影响。
YSI公司环境监测系统操作手册261
快速脉冲系统使用一个Clark–型传感器，这种传感器类似于静态膜溶解氧探头。
系统
仍然是测量通过Teflon膜扩散的氧的还原电流，这个电流和被测溶液中氧的分压（不是浓
度）成比例关系。
膜把还原反应必须的电极同外部介质隔离开来，将电流流动必须的电解
液薄层围起来，并阻止了其它非气态电化学活泼物种干扰测定。
但是，用户观察6562探
头时会注意到，传感器是由三个电极组成的（一个阴极、一个阳极和一个参比电极），而静
态Clark探头通常只有两个电极（一个阴极和一个阳极-参比组合电极）。
另外，传感器的构
造也很新颖，一个细小的直线金电极安置在两个作为阳极和参比电极的银矩形之间。
上述
的改变都是为了满足快速脉冲测量溶解氧的新方法的需要。
这种新方法将在下一节中描
述。
操作方法
YSI和其它制造商均有出售标准的Clark溶解氧传感器。
这种传感器能在很负的电压
下不断地被极化，负电压使氧在阴极被还原成氧离子，金属银在阳极被氧化为氯化银。
氧
穿过Teflon膜扩散，与这一过程相关的电流正比于溶液中膜外的氧。
但是，随着这个还原
过程的进行，如果外部溶液没有很快地搅拌，介质中的氧会被消耗（或耗尽），导致测量电
流（和表观氧含量）的减小。
为了减少这种氧的消耗，YSI快速脉冲系统中的探头电极在测
量中被快速可重复地极化（开）和去极化（关）。
在精确控制的时间间隔内，快速脉冲系统就
这样测量与氧还原反应相关的电荷或库仑（特定时间内的电流总量）。
这个库仑量是由于阴
极（电容）的充电，不是由于氧的还原，在阴极被关闭之后进行的积分中，这个库仑量会被
减去。
净电荷，像标准系统中的静态电流一样，是正比于介质中氧的分压。
因为总测量时
间中仅有1/100的时间进行氧的还原，所以即使探头长时间的浸没在溶液中，膜外的氧的
消耗仍然保持非常小的值，而系统对于搅拌的依赖性也就大大减弱了。
快速脉冲溶解氧系统的实用性关键在于“开的时间”非常的短，这就使得“关的时
间”也就相应的短，仍然保持开与关的比率为100，这对于获得相对不依赖于流动的测量
结果是必需的。
快速脉冲技术的第二个重要方面是对整个脉冲（开和关）进行积分（电流的加
和）。
因为电极的充电电流在这个过程中被扣除了，所以净信号就只与氧的还原过程相
关。
从应用的角度看，这意味着膜外的氧分压等于零时，快速脉冲信号也将等于零；
反过
来说，可以用已知氧分压的单个介质（空气或水）来对系统进行校正。
YSI公司环境监测系统操作手册262
校正静态氧传感器的所使用的基本方法也可以用来对YSI快速脉冲系统进行校正。
但
是，控制校正过程的软件稍微有一些不同，这取决于取样或使用过程中是否使用这种快速
脉冲系统。
使用650MDS显示设备或便携计算机来进行取样工作时，如果“自动睡眠
Autosleep”功能被关闭，快速脉冲系统可以在校正模式下连续运行。
在这些软件条件下，
用户可以实时的查看DO读数，并在读数稳定后手动确认校正过程。
有一些工作则是使用YSI多参数水质监测仪，并把读数保存在多参数仪主机内存、电
脑或数据收集平台内（保存次数和频率较少，5–60分钟一次）。
对于这些工作，在主机设
置时要选择一个合适的预热时间，通常40秒就足够了，但是，在一些情况下，较大的数
值会使结果的准确度更高。
对于使用工作最重要的是“自动睡眠Autosleep”功能应该是
被激活的。
在这些软件条件下，用户要输入校正值（浓度或大气压力），预热过后设备就会
自动进行校正。
下面将针对如何校正已激活“自动睡眠”的YSI多参数水质监测仪DO读数进行介
绍：
有两种普遍的方法可以对YSI多参数水质监测仪的“DOmg/L”和“DO%”进行校正。
前一种方法是对溶液的校正，而后一种则使用水饱和的空气作为介质。
因为饱和度（DO%）
和浓度（DOmg/L）是相关的，所以用任何一种方法进行的校正都可以输出以两种单位（DO
mg/L和“DO%）表示的正确结果。
如果从检测器主机校准菜单中选择了mg/L的方法，水溶液中氧的浓度可以通过很多
方法来确定：
Winkler滴定
通入氧气并认为已经饱和
通过其它设备测量
YSI公司环境监测系统操作手册263
如果使用这种校正方法，将YSI多参数水质监测仪放入此已知氧浓度的溶液中，等待
5-10分钟，然后向多参数仪主机软件输入数值（mg/L），根据说明开始校正过程。
预热结束
后系统就会自动进行校正。
如果选择的是饱和比（DO%），只要把YSI多参数水质监测仪放入装有少量水或湿海绵
的校正杯中就可以了。
对于这种校正方法，探头传感器不能放在水里。
多参数仪主机必须
放置在这种条件下10-15分钟，以便进行温度和湿度校正。
然后向多参数仪主机软件输入
真实的大气压，并根据说明开始校正过程。
预热结束后，系统会自动进行校正。
如果设置设备使之完全应用于现场采样时（“自动睡眠”功能无效），只能手动
进行校正，而不能自动控制。
静态溶解氧系统的DO读数受温度的影响很大（大约每摄氏度3%），这是因为温度对穿
过膜的那部分氧的扩散有影响。
快速脉冲系统大大降低了温度的影响（大约每摄氏度1%），
但是如果获取DO读数时的温度和校正时的温度不同，为了精确就要考虑温度。
检测器主
机的软件自动进行了温度补偿。
另外，测定的氧分压（饱和比）和以mg/L表示的氧的溶解度之间的关系也受温度的影
例如，20℃下空气饱和的水（100%饱和）含有在9.09mg/L的氧，而30℃下溶解度仅
7.65mg/L。
设备校正后，多参数仪主机对上述两个温度相关因素都进行了补偿。
饱和比
读数的温度补偿是来源于实验总结，而从饱和比和温度换算溶解度（mg/L）则是根据水和海
水检测的标准方法（1989）中提供的公式进行的。
参阅附录D，溶解度和气压/高度表中的溶
解氧溶解度表格，表中溶解氧溶解度是盐度和温度的函数。
流动相关性
如上所述，用快速脉冲技术获得的氧的读数受样品流动的影响远远小于流动性对静态
探头的影响。
但是，如果连续不断地对探头进行脉冲调制，测得的数据也会受到搅拌的影
响，虽然这种影响是有限的。
我们的检测说明在这种采样条件下，观察到的溶解氧读数会
比在静止水中的真实读数小2-3%。
减少水的运动（大多数环境测量中水都是非静止的）可以
减少这种影响。
如果长时间监测时设置的采样间隔稍长一些，比如15分钟，就可以大大降低这种流
动相关性。
在这种条件下，每15分钟检测器主机仅被脉冲调制约40秒，在上一个预热/读
数过程中消耗的氧可以通过介质中氧的正常扩散来重新建立平衡。
（1）如果使用水饱和的空气作为校正介质，开始校正前要确认DO读数和温度都已经稳定
（10-15分钟）。
潮湿的热敏电阻指示的读数将会不准确，比正常偏低，这是水的蒸发引起
的。
这种情况会导致读数不准确，温度补偿不足。
（2）确保使用的校准杯是敞口或与大气相通的。
（3）短时间保存探头时，要使探头在不使用时也保持潮湿，可以把它浸没在水中或在校正容
器中放一个吸水的海绵。
如果是长时间的保存，则要把探头从多参数仪主机上卸下来，把
它和膜一起保存在水中。
如果膜已经损坏或者已经变干，在校正和使用探头前必须重新更
换一片新的膜。
（4）为了得到最准确的数据，校正和使用时快速脉冲系统的温度要尽可能的一致。
有一种
方法可以实现这个要求：
将校正容器（装有少量水或一块吸水的海绵）浸入稍后要测量的水
样中。
不能让被测水样漏到校正容器中。
注意监测读数，在热平衡建立以后才进行校正。
在通常的情况下无需这样做，只有当
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