氧化还原电位

[转贴]氧化还原电位及其实际意义氧化还原电位是水质中一个重要指标，它虽然不能独立反应水质的好坏，但是能够综合其他水质指标来反应水族系统中的生态环境。什么是氧化还原电位呢？在水中，每一种物质都有其独自的氧化还原特性。简单的，我们可以理解为：在微观上，每一种不同的物质都有一定的氧化-还原能力，这些氧化还原性不同的物质能够相互影响，最终构成了一定的宏观氧化还原性。所谓的氧化还原电位就是用来反应水溶液中所有物质反应出来的宏观氧化-还原性。氧化还原电位越高，氧化性越强，电位越低，氧化性越弱。电位为正表示溶液显示出一定的氧化性，为负则说明溶液显示出还原性。我们的过滤系统，除去反硝化，实际都是一种氧化性的生化过滤装置。对于有机物来说，微生物通过氧化作用断开较长的碳链（或者打开各种碳环），再经过复杂的生化过程最终将各种不同形式的有机碳氧化为二氧化碳；同时，这些氧化作用还将氮、磷、硫等物质从相应的碳键上断开，形成相应的无机物。对于无机物来说，微生物通过氧化作用将低价态的无机物质氧化为高价态物质。这就是氧化性生化过滤的实质（这里我们只关心那些被微生物氧化分解的物质，而不关心那些被微生物吸收、同化的物质）。可以看到，在生化过滤的同时，水中物质不断被氧化。生化氧化的过程伴随着氧化产物的不断生成，于是在宏观上来看，氧化还原电位是不断被提高的。因此，从这个角度上看，氧化还原点位越高，显示出水中的污染物质被过滤得越彻底。回到我们始终关注的一个焦点——无机氮上，从无机氮的产生和转化过程就能很容易看出氧化还原点位所表征的意义。无机氮的来源是有机氮，比如蛋白质（氨基酸缩聚物）、杂环化物（碳、氮共同构成的环）、重氮、偶氮化物（含有氮-氮三键和氮-氮双键的物质）等。由于这些有机氮都是还原性的（这些物质的化学键不饱合或者不够饱和，键能不够大，能够与氧形成更饱和、更稳定的化学键，因此认为他们具有还原性），容易被氧化，因此显示出较低的氧化还原电位。经过氨化细菌的氧化作用，有机氮被转化为无机氮。由于，氨、亚硝酸和硝酸的氧化性是逐渐增强的，随着硝酸的产生，氧化还原电位将被显著提高。我们都知道，硝酸是一种氧化性很强的酸，如果水溶液中大量存在硝酸，那么有机碳是很难存在的，这就是说，较高的氧化还原电位表征出水溶液中有机物被分解得较为完全。但是，氧化还原电位是多种物质共同影响的。硝酸根离子在不同的酸碱度下显示出来的氧化性是完全不同的，酸性越强，氧化还原电位越高，反之则越低。换句话说，同样的水质，通过改变氢离子浓度就能够改变其氧化还原电位。这说明我们不能仅用氧化还原电位来简单的说硝酸根离子浓度或者说水质的好坏。或者说氧化还原电位的高低并不是水质好坏的比较标准，氧化还原电位并不能单独用于表征水质好坏，只是一个参考标准。那么我们如何来看氧化还原电位的实际意义呢？总结下来，可以有下面几种情况：1.间接反映水中硝酸等物质的浓度积累程度。在鱼缸中，水质是相对稳定的，随着生化过滤的不断进行，氧化态的不断提高，溶液的氧化还原电位是不断提高的。这个点位的提高与水中高价态的无机离子浓度的积累是正相关的。换句话说，在稳定的水质中，在外界不提供其他无机离子的状况下，我们能够由氧化还原电位简单的估计出硝酸等物质在水中积累的程度。2.监测过滤中微生物的氧化效率。上面提到，我们的过滤一般都是处在氧化过滤状态，不断提高水溶液的氧化还原电位。实际上，微生物就是利用自己获得的能量，维持自身及周围环境在较高的氧化还原电位上。因此，过滤中的水能够维持在一个较高的氧化还原电位环境上，通过监测过滤中的点位，我们可以间接的了解到过滤的效率。反过来，如果使用到一些还原性的过滤系统，比如反硝化过滤。实际上这些细菌就是需要处在较低的氧化还原电位上才能将硝酸还原，那么我们也可以通过氧化还原电位来估计反硝化是有足够的条件存在。一般来讲，正常的反硝化需要维持氧化还原电位在-200至-400之间，微生物才能获得足够的氢来还原硝酸。3.反映出水中某些无机物的浓度和水生生物状态。在一些情况下，我们需要维持水中一些无机物的浓度，比如草缸需要不断补充二氧化碳。我们知道，二氧化碳实际上就是碳的最高氧化态，无论什么形式的碳，在被氧化后最终都是形成稳定的二氧化碳。因此我们可以在水中通过氧化还原电位来显示这种具有碳原子最高氧化态的物质的浓度。换个角度来看这个问题：草缸中，植物通过二氧化碳的吸收来释放氧气，而光线就是二氧化碳转化为氧气的催化剂。在光照基本维持恒定的情况下，二氧化碳浓度越高，氧气就释放得越多。水中较高的溶解氧则显示出较高的氧化还原电位。因此还我们可以从氧化还原电位来看出水生植物释放氧化性物质的效率。实际上，氧化还原点位能够反映出很多很多水质问题以及由此带来的水生生物状态变化。只要对这个物理化学定义有一定的了解，我们就能简单的利用仪器来获取很多看不到的信息。微生物分为好氧微生物、严格厌氧微生物、兼性厌氧微生物、兼性好氧微生物好氧微生物的定义就是：能够在有氧气的地方很好的生长，而且当缺少氧气时其生长就会受阻。同样理解厌氧微生物、兼性微生物。氧化还原电位主要受环境中氧的影响，同时也受环境的pH值以及环境中的具有氧化还原性质物质的影响。一般，好氧微生物在氧化还原电位为正时都能生长，而厌氧微生物要求氧化还原电位为负值，其中严格厌氧微生物要求氧化还原电位在-400mV以下