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技術(shù)文章

溶解氧測(cè)定方法應(yīng)用二點(diǎn)擊次數(shù):1267 更新時(shí)間:2016-03-02

溶解氧測(cè)定方法應(yīng)用二

隨著水質(zhì)分析技術(shù)的不斷發(fā)展與更新,電化學(xué)溶氧測(cè)量技術(shù)已成為目前應(yīng)用的溶氧測(cè)量技術(shù),此項(xiàng)技術(shù)是由Dr. Leland Clark于1956年zui先發(fā)明。電化學(xué)分為原電池法和極譜法。其中,極譜法應(yīng)用zui廣。電化學(xué)(極譜法)溶氧分析儀基于傳感器的結(jié)構(gòu)又可以分為擴(kuò)散型和平衡型兩種,相對(duì)而言,擴(kuò)散型的電化學(xué)溶氧傳感器應(yīng)用更為普及。

 

電化學(xué)(極譜法)溶氧傳感器結(jié)構(gòu)如下圖所示。

 

圖1:極譜法測(cè)定原理圖

 

該傳感器由陰極、陽(yáng)極、電解液以及半透膜等主要部件構(gòu)成,在直流極化電壓作用下,溶解在水中的氧氣穿過(guò)半透膜到達(dá)陰極發(fā)生還原反應(yīng):

O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-

同時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng): 4Ag + 4Cl- = 4AgCl + 4e-

 

原電池法溶解氧測(cè)定原理同樣是電化學(xué)方法,但是它少了極化電壓,而是自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)。傳感器由陰陽(yáng)極、電解液以及半透膜構(gòu)成。當(dāng)溶解在水中的氧分子穿過(guò)氧半透膜達(dá)到陰極發(fā)生還原反應(yīng):

O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-

而陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng):2Zn = 2Zn2+ + 42e-


圖2:原電池法測(cè)定原理圖

 

當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡穩(wěn)定的條件下,該電化學(xué)反應(yīng)形成的電流和氧氣的分壓(濃度)呈一定關(guān)系:I=n ? F ? A ? D ? S ? pO2 / d

I: 傳感器電流 [nA]

n: 電子遷移的數(shù)量 (n = 4)

F: 法拉第常數(shù) (F = 96485 C/mol)

A: 陰極表面積大小 [cm2]

D: 氧分子在膜上的擴(kuò)散系數(shù) [cm2/s]

S: 膜的氧溶解度 [mol/(cm3*bar)]

pO2: 氧氣分壓 [bar]

d: 膜厚度 [cm]

 

因此,根據(jù)上述電化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生的電流強(qiáng)度就可以計(jì)算出水中的溶解氧分壓,然后再根據(jù)亨利定律就可得出水中的溶解氧濃度。

 

和其他溶解氧測(cè)量技術(shù)相比較,極譜法溶氧測(cè)量技術(shù)具備應(yīng)用量程廣,精度高(特別在ppb痕量級(jí)溶氧測(cè)量應(yīng)用場(chǎng)合),技術(shù)成熟等特點(diǎn),目前在水處理工業(yè)各種溶氧測(cè)量場(chǎng)合應(yīng)用zui為普及和廣泛。而原電池法少了極化預(yù)熱的過(guò)程,使用則要方便些。

 

光學(xué)法測(cè)量溶解氧基于熒光淬滅的原理:傳感器中的藍(lán)色LED光源發(fā)出一束藍(lán)色光,照射在熒光物質(zhì)上,該涂層的熒光物質(zhì)隨即被這束藍(lán)光激發(fā),此激發(fā)態(tài)并不穩(wěn)定,遇到氧以后會(huì)迅速釋放出紅色的光線并回復(fù)至原始狀態(tài)。此紅光和先前LED發(fā)射的藍(lán)光存在一個(gè)時(shí)間滯后,光電檢測(cè)器可以監(jiān)測(cè)到藍(lán)光和紅光之間的這個(gè)相位滯后,即測(cè)量熒光物質(zhì)從被藍(lán)光激發(fā)到發(fā)射紅光后恢復(fù)原態(tài)的時(shí)間,根據(jù)這個(gè)來(lái)計(jì)算水中溶解氧的含量。該相位滯后與發(fā)光體附近的溶解氧濃度成反比。當(dāng)氧氣與熒光物質(zhì)接觸后,則其產(chǎn)生的紅色光的強(qiáng)度會(huì)降低,同時(shí)其產(chǎn)生紅光的時(shí)間也會(huì)縮短,水樣中溶解的氧氣的濃度越高,則傳感器產(chǎn)生的紅光的強(qiáng)度就會(huì)越低。

 

 

圖3:熒光法測(cè)定原理圖

 

*熒光淬滅法測(cè)量溶氧技術(shù)具有測(cè)量便捷、穩(wěn)定性高、維護(hù)量低等優(yōu)點(diǎn)。除較高濃度的二氧化氯外,光學(xué)法測(cè)溶解氧不易受到其它干擾物質(zhì)的影響。

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