🫧 溶解氧 — 温克勒法（碘量法）
测定水中溶解氧的经典碘量法（温克勒法）。基于氧将 Mn(II) 氧化为 Mn(IV)、析出碘并用硫代硫酸钠滴定。自 1888 年沿用至今的基准方法。
要点速览
- 标准: PN-EN ISO 5813:2006
- 类别: 理化
- 操作步骤数: 11
- 各步骤合计时间: 56 分钟–1 小时 1 分钟
- 测量范围: 0,2–20 mg O₂/L
- 定量限（LOQ）: 0,2 mg O₂/L
- 准确度: ±0,05 mg O₂/L（操作细致时）
概述
溶解氧（DO）是最重要的水质参数之一，决定好氧生物（鱼类、无脊椎动物、好氧细菌）的生存条件。20°C 常压下水中 DO 饱和浓度约为 8,5 mg/L O₂。DO 降至 4 mg/L 以下会造成缺氧胁迫，降至 2 mg/L 以下则形成厌氧条件（鱼类死亡、腐败过程）。
温克勒法由匈牙利化学家 Lajos Winkler 于 1888 年提出，是测定 DO 最古老也最准确的化学方法。方法是在碱性介质中用 Mn²⁺ 结合氧，随后在酸性介质中析出与氧含量化学计量等当量的碘（I₂）。析出的碘用硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）滴定，以淀粉为指示剂（由蓝色变为无色）。
叠氮化物改良法（加 NaN₃）可消除亚硝酸盐（NO₂⁻）干扰 — 后者在生物处理后的废水和某些地表水中常见。这是温克勒法最常用的版本。
尽管氧探头（电化学和光学式）已广泛应用，温克勒法仍是探头校准和分析争议裁定的基准方法。它是 BOD₅ 试验中测定 DO₀ 和 DO₅ 的必需方法。
方法原理
在强碱性介质中，水中溶解氧将氢氧化锰 Mn(OH)₂（白色沉淀）氧化为高价锰氢氧化物 MnO(OH)₂（棕色沉淀）：
2 Mn(OH)₂ + O₂ → 2 MnO(OH)₂
用硫酸酸化后，Mn⁴⁺ 将碘化钾（KI）氧化为游离碘：
MnO(OH)₂ + 2 I⁻ + 4 H⁺ → Mn²⁺ + I₂ + 3 H₂O
析出的碘（I₂）用硫代硫酸钠滴定：
I₂ + 2 Na₂S₂O₃ → 2 NaI + Na₂S₄O₆
终点：淀粉-碘配合物的蓝色消失。在叠氮化物改良法中加入叠氮化钠（NaN₃），可分解亚硝酸盐（NO₂⁻ + N₃⁻ → N₂ + NO + N₂O），消除其对 Mn²⁺ 氧化的干扰。
应用领域
- BOD₅ 试验中的 DO 测定（第 0 天和第 5 天）
- 氧探头（电化学和光学式）的校准与核查
- 地表水质量监测 — 河湖氧状况
- 饮用水检验 — 曝气控制
- 污水处理工艺控制 — 活性污泥曝气
- 湖沼学研究 — 湖泊氧剖面
- 河流自净能力评估
- 水产养殖 — 鱼类养殖溶氧控制
关键参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 测量范围 | 0,2–20 mg O₂/L |
| 定量限（LOQ） | 0,2 mg O₂/L |
| 准确度 | ±0,05 mg O₂/L（操作细致时） |
| DO 饱和值（20°C，1 atm） | 约 8,84 mg O₂/L（纯水） |
| 温克勒瓶容积 | 250–300 mL |
| 干扰 | NO₂⁻（用 NaN₃ 消除）、Fe²⁺/Fe³⁺、游离 Cl₂、S²⁻ |
标准
- 标准编号
- PN-EN ISO 5813:2006
- 标准名称（波兰语）
- Jakość wody — Oznaczanie tlenu rozpuszczonego — Metoda jodometryczna
- 标准名称（英语）
- Water quality — Determination of dissolved oxygen — Iodometric method
分步操作程序
-
采样
将温克勒瓶（300 mL）灌满水样 — 将瓶浸入水中或使用硅胶管。切勿曝气！用 3 倍体积润洗。密塞时不得留气泡。
-
固定 — MnSO₄
用移液管在液面以下加入 2 mL MnSO₄ 溶液。取出移液管。
-
固定 — 碱性碘化物试剂
用浸没的移液管加入 2 mL 含 NaN₃ 的碱性碘化物试剂。塞紧瓶塞（不留气泡）。反复颠倒混匀。生成白色（无 O₂）或棕色（有 O₂）沉淀。
-
沉淀沉降
静置使沉淀沉降（至少 5 min）。再次混匀后再次静置。沉淀应沉至瓶体一半以下。
-
酸化
加入 2 mL 浓 H₂SO₄。塞紧并颠倒混匀至沉淀完全溶解。溶液呈黄棕色（碘）。
-
分取试液
量取 203 mL（扣除试剂体积后相当于原样 200 mL）至锥形瓶中。
-
硫代硫酸钠滴定
用滴定管以 0,025 M Na₂S₂O₃ 滴定至浅黄色。加入 1 mL 淀粉溶液（呈蓝色）。继续滴定至蓝色消失。
-
读取体积
读取消耗的 Na₂S₂O₃ 体积，精确至 ±0,05 mL。
-
计算
DO [mg O₂/L] = V(Na₂S₂O₃) × M(Na₂S₂O₃) × 8000 / V_样品。当 Na₂S₂O₃ 为 0,025 M 且取样 200 mL 时：1 mL 硫代硫酸钠 ≈ 1 mg O₂/L。
-
硫代硫酸钠标定
在 H₂SO₄ 介质中用 K₂Cr₂O₇ 0,025 M + KI 标定硫代硫酸钠（避光 5 min）。按样品方式滴定。校正因子：f = V_理论/V_实测。
-
质量控制
饱和去离子水（20°C 曝气 1 h）— DO ≈ 8,8 mg/L（±0,3）。平行样：差值 < 0,2 mg/L。
所需设备与仪器
| 设备 | 示例 | 参考价格 |
|---|---|---|
| 250–300 mL 温克勒瓶 | 带磨口塞和水封的玻璃瓶，DURAN | 30–60 PLN / 只 |
| 25 mL A 级滴定管 | 玻璃滴定管配 PTFE 旋塞，0,05 mL 分度 | 150–400 PLN |
| 移液器 | Eppendorf Research Plus 1–5 mL、Brand Transferpette | 800–2 000 PLN |
| 250 mL 锥形瓶 | DURAN 硼硅玻璃，滴定用 | 15–30 PLN / 只 |
| 磁力搅拌器 | IKA C-MAG MS 4（可选，用于滴定） | 1 500–4 000 PLN |
| 实验室温度计 | 玻璃或数字温度计，精度 ±0,1°C | 50–500 PLN |
试剂、培养基与耗材
| 试剂 | CAS | 详情 |
|---|---|---|
| 硫酸锰（MnSO₄·H₂O） | 10034-96-5 | 水中 480 g/L MnSO₄·4H₂O 溶液，碱性试剂配套 |
| 含叠氮化物的碱性碘化物试剂 | — | 每 1 L 水中 NaOH 500 g + NaI 135 g + NaN₃（CAS 26628-22-8）10 g。注意：NaN₃ 剧毒！ |
| 浓硫酸（H₂SO₄） | 7664-93-9 | 用于样品酸化 — 溶解沉淀并析出 I₂ |
| 硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）0,025 M | 7772-98-7 | 滴定用标定溶液，用 NaOH（0,4 g/L）稳定 |
| 可溶性淀粉（指示剂） | 9005-25-8 | 水中 1% 溶液（须煮沸），终点指示剂（蓝色 → 无色） |
| 重铬酸钾（K₂Cr₂O₇） | 7778-50-9 | 0,025 M，用于标定硫代硫酸钠 |
| 碘化钾（KI） | 7681-11-0 | 标定用，分析纯，不含碘酸盐 |
| 叠氮化钠（NaN₃） | 26628-22-8 | 消除亚硝酸盐干扰 — 剧毒，吞咽致命 |
职业健康与安全
- 叠氮化钠（NaN₃）— 剧毒，吞咽致命（LD50 约 27 mg/kg），与酸反应生成有毒 HN₃！
- 浓硫酸 — 强腐蚀性，可致严重灼伤，须小心加入水中
- NaOH 溶液（碱性试剂）— 腐蚀性，可致皮肤和眼睛化学灼伤
- 析出的碘 — 有刺激性，会染色皮肤，避免吸入蒸气
- 重铬酸钾 — 致癌（Cr⁶⁺），须在通风柜中使用并佩戴手套
- 每一步骤都必须佩戴护目镜、实验服和丁腈手套
常见问题
该检测依据哪项标准？
该检测依据的标准为 PN-EN ISO 5813:2006 — 《Water quality — Determination of dissolved oxygen — Iodometric method》。
该方法的原理是什么？
在强碱性介质中，水中溶解氧将氢氧化锰 Mn(OH)₂（白色沉淀）氧化为高价锰氢氧化物 MnO(OH)₂（棕色沉淀）： 2 Mn(OH)₂ + O₂ → 2 MnO(OH)₂ 用硫酸酸化后，Mn⁴⁺ 将碘化钾（KI）氧化为游离碘： MnO(OH)₂ + 2 I⁻ + 4 H⁺ → Mn²⁺ + I₂ + 3 H₂O 析出的碘（I₂）用硫代硫酸钠滴定： I₂ + 2 Na₂S₂O₃ → 2 NaI + Na₂S₄O₆ 终点：淀粉-碘配合物的蓝色消失。在叠氮化物改良法中加入叠氮化钠（NaN₃），可分解亚硝酸盐（NO₂⁻ + N₃⁻ → N₂ + NO + N₂O），消除其对 Mn²⁺ 氧化的干扰。
测量范围和准确度是多少？
测量范围：0,2–20 mg O₂/L；定量限（LOQ）：0,2 mg O₂/L；准确度：±0,05 mg O₂/L（操作细致时）；DO 饱和值（20°C，1 atm）：约 8,84 mg O₂/L（纯水）。
完成检测需要多长时间？
各步骤所列时间合计约为 56 分钟–1 小时 1 分钟。整个程序共 11 个步骤。
需要哪些设备？
250–300 mL 温克勒瓶、25 mL A 级滴定管、移液器、250 mL 锥形瓶、磁力搅拌器、实验室温度计。核心仪器的参考价格（250–300 mL 温克勒瓶）：30–60 PLN / 只。
该检测用于哪些场景？
BOD₅ 试验中的 DO 测定（第 0 天和第 5 天）；氧探头（电化学和光学式）的校准与核查；地表水质量监测 — 河湖氧状况；饮用水检验 — 曝气控制；污水处理工艺控制 — 活性污泥曝气；湖沼学研究 — 湖泊氧剖面；河流自净能力评估；水产养殖 — 鱼类养殖溶氧控制。
需要采取哪些安全防护措施？
叠氮化钠（NaN₃）— 剧毒，吞咽致命（LD50 约 27 mg/kg），与酸反应生成有毒 HN₃！；浓硫酸 — 强腐蚀性，可致严重灼伤，须小心加入水中；NaOH 溶液（碱性试剂）— 腐蚀性，可致皮肤和眼睛化学灼伤；析出的碘 — 有刺激性，会染色皮肤，避免吸入蒸气；重铬酸钾 — 致癌（Cr⁶⁺），须在通风柜中使用并佩戴手套；每一步骤都必须佩戴护目镜、实验服和丁腈手套。
哪家实验室可以开展此项检测？
该检测由通过 ISO/IEC 17025 认可的实验室开展。在 LabCoda 上可按标准编号检索 PN-EN ISO 5813。