生化需氧量（BOD，BiochemicalOxygenDemand）是衡量水體中有機物污染程度的關鍵指標，它反映了在特定條件下，水中微生物分解有機物所消耗的溶解氧的量。傳統(tǒng)BOD測定方法（如五日培養(yǎng)法）耗時長達五天，難以滿足實時監(jiān)測和快速決策的需求。BOD快速測定儀的出現(xiàn)解決了這一難題，它能夠在短時間內(nèi)得出較為準確的BOD值，為水質(zhì)監(jiān)測和污水處理等領域提供了極大的便利。本文將深入剖析BOD快速測定儀的結(jié)構(gòu)組成和工作原理。

一、結(jié)構(gòu)組成

1、測量單元

（1）反應池：反應池是BOD快速測定的核心場所，通常采用密封設計，以防止外界空氣進入干擾測量。其材質(zhì)一般選用耐腐蝕、透光性好的材料，如光學玻璃或特殊塑料，確保在測量過程中不會與樣品發(fā)生化學反應，同時保證光信號能夠順利透過。反應池的容積根據(jù)儀器的規(guī)格和測量范圍而定，常見的有幾十毫升到幾百毫升不等。

（2）微生物膜傳感器：這是BOD快速測定儀的關鍵部件之一。微生物膜由特定的微生物固定在載體上形成，這些微生物能夠選擇性地分解水樣中的可生物降解有機物。傳感器內(nèi)部集成了溶解氧電極，用于實時監(jiān)測反應池內(nèi)溶解氧的變化。微生物膜傳感器通常安裝在反應池內(nèi)，與水樣直接接觸，確保能夠準確感知有機物分解過程中溶解氧的消耗情況。

（3）溫度控制系統(tǒng)：微生物的活性受溫度影響較大，為了保證測量的準確性和重復性，BOD快速測定儀配備了溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常由加熱元件、溫度傳感器和溫控電路組成，能夠?qū)⒎磻貎?nèi)的溫度穩(wěn)定控制在微生物最適生長溫度范圍內(nèi)，一般為20℃左右。

2、光學檢測單元（部分儀器采用）

（1）光源：采用特定波長的光源，如藍光或綠光，其波長與微生物膜中某些成分的吸收特性相匹配。光源的穩(wěn)定性對于測量結(jié)果的準確性至關重要，因此通常采用高穩(wěn)定性的發(fā)光二極管（LED）作為光源。

（2）光檢測器：用于檢測經(jīng)過反應池后光信號的強度變化。光檢測器一般選用光電二極管或光電倍增管，能夠?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)換為電信號，并傳輸給后續(xù)的信號處理單元。

（3）光學路徑設計：合理設計光學路徑，確保光源發(fā)出的光能夠準確地照射到反應池內(nèi)的微生物膜上，并且經(jīng)過反射或透射后的光能夠被光檢測器有效接收。光學路徑中通常會設置濾光片，以濾除雜散光，提高檢測的信噪比。

3、信號處理與顯示單元

（1）信號放大電路：由于光檢測器輸出的電信號通常比較微弱，需要通過信號放大電路對其進行放大處理，以提高信號的強度和信噪比。

（2）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）：將放大后的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便計算機或微處理器進行處理和分析。

（3）微處理器：作為儀器的控制核心，微處理器負責接收和處理來自各個傳感器的信號，根據(jù)預設的算法計算BOD值，并控制儀器的各個部件協(xié)調(diào)工作。

（4）顯示模塊：用于顯示測量結(jié)果、儀器狀態(tài)信息和操作提示等內(nèi)容。常見的顯示模塊有液晶顯示屏（LCD）和有機發(fā)光二極管顯示屏（OLED），具有顯示清晰、功耗低等優(yōu)點。

4、數(shù)據(jù)存儲與傳輸單元

（1）數(shù)據(jù)存儲器：用于存儲測量數(shù)據(jù)、儀器參數(shù)和校準信息等。數(shù)據(jù)存儲器一般采用閃存（FlashMemory）或電可擦除可編程只讀存儲器（EEPROM），具有非易失性，能夠長期保存數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)傳輸接口：為了方便將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C或其他設備進行進一步分析和處理，BOD快速測定儀配備了數(shù)據(jù)傳輸接口，如通用串行總線（USB）接口、串口（RS-232）或藍牙、Wi-Fi等無線傳輸模塊。

二、工作原理

1、基于微生物膜的電化學原理

當水樣注入反應池后，與微生物膜傳感器接觸。微生物膜中的微生物開始分解水樣中的可生物降解有機物，這一過程需要消耗溶解氧。溶解氧電極實時監(jiān)測反應池內(nèi)溶解氧的濃度變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號。隨著有機物的不斷分解，溶解氧濃度逐漸降低，電信號也隨之發(fā)生變化。

微處理器接收溶解氧電極輸出的電信號，并根據(jù)預設的算法進行計算。該算法通?；谖⑸锓纸庥袡C物的動力學模型，通過分析溶解氧濃度隨時間的變化曲線，推算出水樣中有機物的含量，從而得出BOD值。計算過程中會考慮溫度、微生物活性等因素對測量結(jié)果的影響，并進行相應的修正。

2、基于光學檢測的原理（部分儀器）

部分BOD快速測定儀采用光學檢測原理。微生物膜中的某些成分在分解有機物的過程中會發(fā)生化學變化，導致其對特定波長光的吸收特性發(fā)生改變。光源發(fā)出的光照射到反應池內(nèi)的微生物膜上，經(jīng)過反射或透射后被光檢測器接收。光檢測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并傳輸給信號處理單元。

信號處理單元對電信號進行分析和處理，通過比較測量前后光信號的強度變化，結(jié)合預設的校準曲線，計算出水樣中有機物的含量，進而得出BOD值。光學檢測方法具有響應速度快、抗干擾能力強等優(yōu)點，能夠進一步提高測量的準確性和實時性。

三、結(jié)論

BOD快速測定儀通過巧妙的結(jié)構(gòu)設計和工作原理，實現(xiàn)了對水樣中生化需氧量的快速、準確測定。其測量單元、光學檢測單元（部分儀器）、信號處理與顯示單元以及數(shù)據(jù)存儲與傳輸單元相互協(xié)作，共同完成了從樣品測量到結(jié)果輸出的全過程?；谖⑸锬さ碾娀瘜W原理和光學檢測原理為BOD的快速測定提供了可靠的技術支持，使得水質(zhì)監(jiān)測和污水處理等工作能夠更加及時、有效地進行。