YSI 4010-1W（YSI5000）用于農業面源污染監測中農田退水 BOD 與溶氧同步分析方案
上海儀器網 / 2025-09-30
一、方案背景與目的?
農業面源污染中，農田退水（含化肥、農藥殘留及秸稈腐解物）的生化需氧量（BOD）與溶解氧（DO）是評估水體污染程度與自凈能力的關鍵指標。BOD 過高會導致水體缺氧，引發水生生物死亡；DO 過低則反映水體凈化能力衰退。傳統檢測需分別使用 BOD 培養箱與溶氧儀，操作繁瑣且無法同步反映水質動態。YSI 4010-1W（YSI5000）臺式溶氧 / BOD 測定儀具備BOD 與 DO 同步檢測、BOD5 自動計算、±0.1mg/L 溶氧精度功能，可快速完成農田退水分析。本方案依據 HJ 505-2009《水質 五日生化需氧量（BOD5）的測定 稀釋與接種法》，建立農田退水 BOD 與 DO 同步監測流程，為農業面源污染防控與水體修復提供精準數據。?
二、實驗原理?
YSI 4010-1W 基于熒光法測溶氧與壓差法測 BOD：溶氧檢測中，儀器探頭熒光物質受激發光照射后，與水體中氧氣發生猝滅反應，通過熒光強度變化計算 DO 濃度；BOD 檢測時，密封樣品瓶內微生物分解有機物消耗氧氣，產生的二氧化碳被吸收劑吸收，導致瓶內壓力下降，儀器通過壓力變化與時間的關系，結合 DO 初始值，自動換算 BOD5（五日生化需氧量）。儀器內置溫度補償功能（0-40℃），可消除水溫對農田退水（常隨環境溫度波動）檢測結果的影響，確保數據準確性。?
三、實驗材料與設備?
1. 實驗材料?
- 樣品：農田退水（采集自稻田、菜地排水口，雨后 24 小時內取樣）；?
- 試劑：BOD 稀釋水（用超純水配制，含磷酸鹽緩沖液、硫酸鎂、氯化鈣、氯化鐵，溶解氧≥8mg/L）、接種液（取自未受污染的河水，培養 24 小時）、氫氧化鈉吸收劑（20%，用于吸收 BOD 檢測中產生的二氧化碳）；?
- 耗材：BOD 專用密封瓶（250mL，適配儀器）、0.45μm 水系濾膜、采樣瓶（1L，棕色）、移液管（10mL/50mL/100mL）。?
2. 核心設備?
- 便攜式冷藏箱（4-8℃，用于樣品運輸）、電子天平（精度 0.1g）、磁力攪拌器、恒溫水浴鍋（20℃±1℃）。?
四、實驗操作流程?
1. 樣品采集與預處理?
- 采樣點布設：在農田排水口、退水匯入溝渠處及下游 500m 處各設 1 個采樣點，用采樣瓶采集表層水（水面下 0.5m），每點采集 3 份平行樣（1L / 份），立即放入冷藏箱；?
- 樣品預處理：樣品運回實驗室后，若渾濁需經 0.45μm 濾膜過濾（去除懸浮顆粒物，避免堵塞儀器管路）；若 DO＜2mg/L 或 BOD 預計＞20mg/L，用 BOD 稀釋水稀釋（稀釋倍數根據預實驗確定，通常 1:5-1:20），并加入適量接種液（10mL/L 樣品），攪拌均勻。?
2. 儀器校準與參數設定?
- 溶氧校準：打開儀器電源，將溶氧探頭放入飽和溶氧水中（20℃恒溫水浴，通入空氣 30 分鐘），按 “校準” 鍵，儀器自動完成 DO 校準（校準值約 9.08mg/L）；?
- BOD 參數設定：進入 BOD 檢測界面，設檢測周期 5 天（BOD5）、溫度 20℃（標準溫度）、樣品體積 200mL、稀釋倍數（按預處理情況輸入），開啟 “自動計算 BOD5” 功能。?
3. BOD 與 DO 同步檢測?
- DO 測定：將校準后的溶氧探頭插入預處理后的樣品中，攪拌 1 分鐘，待讀數穩定后，記錄 DO 初始值（DO?），儀器自動保存數據；?
- BOD 測定：取 200mL 預處理樣品注入 BOD 密封瓶，加入 2mL 氫氧化鈉吸收劑（置于瓶內小杯），蓋緊密封蓋，放入儀器 BOD 檢測模塊，啟動檢測程序；?
- 過程監測：儀器每日自動記錄瓶內壓力變化與 DO 剩余值，5 天后自動計算并顯示 BOD5 結果；期間若需實時監測 DO 變化，可隨時取出溶氧探頭復測（每次復測后需用超純水清洗探頭）。?
4. 數據導出與分析?
- 檢測結束后，通過儀器數據接口連接電腦，導出 DO 初始值、每日 DO 變化、BOD5 結果及對應的采樣點信息；?
- 分析指標：若農田退水 BOD5＞10mg/L、DO＜5mg/L，判定為輕度污染；BOD5＞20mg/L、DO＜3mg/L，判定為重度污染，需追溯污染源頭（如過量施肥、秸稈隨意丟棄）。?
五、關鍵注意事項?
- 樣品時效性：農田退水采樣后需在 6 小時內完成檢測，若延遲需 4℃冷藏，且不超過 24 小時，避免微生物活動導致 BOD 與 DO 變化；?
- 探頭維護：溶氧探頭每周用 10% 鹽酸溶液浸泡 30 分鐘（去除表面污垢），每月校準 1 次；BOD 檢測模塊每次使用后用超純水沖洗管路，防止殘留樣品堵塞；?
- 稀釋與接種：稀釋水需提前曝氣 24 小時（確保溶氧充足）；接種液需每月更換，避免微生物活性下降影響 BOD 檢測結果；?
- 環境控制：BOD 檢測期間，實驗室溫度需保持 20℃±1℃，避免溫度波動導致微生物代謝速率變化，影響 BOD5 計算精度。?
六、檢測效果驗證?
- 精度驗證：對同一樣品平行檢測 6 次，DO 初始值為 6.2±0.1mg/L（RSD=1.6%），BOD5 為 15.3±0.4mg/L（RSD=2.6%），符合儀器精度要求；?
- 準確度驗證：用 BOD 標準樣品（100mg/L）按本方案檢測，BOD5 測定值為 98.5±2.1mg/L，相對誤差 1.5%，滿足 HJ 505-2009 要求；?
- 實用性驗證：在某稻田退水監測中，儀器同步檢測出雨后 BOD5 從 8mg/L 升至 22mg/L，DO 從 7mg/L 降至 2.8mg/L，及時反映施肥后雨水沖刷導致的污染加劇，為農田排水管控提供數據支持。?
