溶解氧儀 溶解氧儀 溶解氧儀是測(cè)量溶解在水溶液內(nèi)的氧氣的含量。 氧氣通過(guò)周?chē)目諝狻?空氣流動(dòng)和光合作用溶解于水中。 可用來(lái)測(cè)量用來(lái)對(duì)氧含量會(huì)影響反應(yīng)速度、 流程效率或環(huán)境的流程進(jìn)行監(jiān)控:如水產(chǎn)養(yǎng)殖、 生物反應(yīng)、 環(huán)境測(cè)試(湖、 溪、 海洋) 、 水/廢水處理、 葡萄酒生產(chǎn)。 目錄 溶解氧儀的定義 環(huán)境影響 應(yīng)用場(chǎng)合 溫度補(bǔ)償 鹽度修正 生化需氧量(BOD) 故障處理 溶解氧測(cè)定儀簡(jiǎn)明原理 溶解氧儀的定義 溶解氧儀是測(cè)量溶解在水溶液內(nèi) 的氧氣的含量。 氧氣通過(guò)周?chē)目諝狻?空氣流動(dòng)和光合作用溶解于水中。通過(guò)呼吸和分解作用, 溶解氧會(huì)在水中消耗, 主要依靠空氣和光合作用進(jìn)行補(bǔ)充。 水中氧的含量主要取決于溫度。 溫水的氧濃度要低于冷水。 但溶氧含量過(guò)高對(duì)動(dòng)植物會(huì)有害。溶氧電極可以用來(lái)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室內(nèi) 被測(cè)樣品水溶液內(nèi) 的溶氧含量。 由于溶解氧是水的質(zhì)量的主要指標(biāo)之一, 因此溶氧電極可廣泛用于各種場(chǎng)合下的溶氧含量的測(cè)量, 尤其是養(yǎng)殖水、 光合作用和呼吸作用及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。 在對(duì)溪水和湖水支持生物存活的能力進(jìn)行評(píng)估時(shí), 要進(jìn)行生化需氧量測(cè)試( BOD) 在消耗氧氣的含有有機(jī)物的樣品水溶液變腐時(shí)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量并確定溶氧濃度和樣品水溶液溫度之間的關(guān)系。
溶氧電極用一薄膜將鉑陰極, 銀陽(yáng)極, 以及電解質(zhì)與外界隔開(kāi), 一般情況下陰極幾乎是和這層膜直接接觸的。 氧以和其分壓成正比的比率透過(guò)膜擴(kuò)散, 氧分壓越大,透過(guò)膜的氧就越多。 當(dāng)溶解氧不斷地透過(guò)膜滲入腔體, 在陰極上還原而產(chǎn)生電流, 此電流在儀表上顯示出來(lái)。 由于此電流和溶氧濃度直接成正比,因此校正儀表只需將測(cè)得的電流轉(zhuǎn)換為濃度單位即可。溶氧濃度通常用 mg/L( 每升水的溶氧量) 或 ppm( 百萬(wàn)分之幾) 。 有些儀表將計(jì)算出的氧含量和觀察到的濃度進(jìn)行比較得出 飽和度百分比( O2% sat.)確定溶氧有兩種方式溶解氧儀, 極譜式和原電池式。 極譜式電極需儀表輸入一電壓對(duì)電極進(jìn)行極化。 由于外加電壓可能要 1 5 分鐘才能穩(wěn)定, 因此極譜式電極使用前通常要進(jìn)行預(yù)熱確保電極能妥當(dāng)極化。 原電池式的兩個(gè)極由兩種不同的能自 發(fā)極化產(chǎn)生電壓的金屬構(gòu)成。 由于原電池式的電壓是自 發(fā)產(chǎn)生而不是外界提供的, 因此原電池式電極使用時(shí)無(wú)需極譜式電極極化所需的“預(yù)熱”。 環(huán)境影響 適當(dāng)?shù)娜苎鯇?duì)好的水質(zhì)是必不可少的, 所有的生命形態(tài)都需要氧。 天然的溪水凈化過(guò)程要求有恰當(dāng)?shù)难鹾抗┙o有氧生命形態(tài)。 如水中的氧含量低于 5.0mg/L, 水生物生存就有困難, 濃度越低越困難。
如氧含量低于 1 -2mg/L 并持續(xù)幾小時(shí)將導(dǎo)致水生物大批死亡。 應(yīng)用場(chǎng)合 溶氧電極可用來(lái)測(cè)量用來(lái)對(duì)氧含量會(huì)影響反應(yīng)速度、 流程效率或環(huán)境的流程進(jìn)行監(jiān)控: 如水產(chǎn)養(yǎng)殖、 生物反應(yīng)、 環(huán)境測(cè)試(湖、 溪、 海洋) 、 水/廢水處理、 葡萄酒生產(chǎn)。 溫度補(bǔ)償 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶氧測(cè)量說(shuō), 溫度影響到氧的溶解度和擴(kuò)散速度, 因此必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 鹽度修正 溶解鹽的存在限制了 可溶解于水的氧的含量。 氧的濃度和分壓之間的關(guān)系隨著每份樣品溶液鹽度的不同而變化, 因此多數(shù)的儀表制造商提供人工調(diào)節(jié)鹽度來(lái)修正由離子濃度不同而造成的變化。 生化需氧量( BOD) BOD 測(cè)試一般用于污水處理廠,水處理廠需要知道微生物分解有機(jī)物質(zhì)時(shí)從水中消耗的氧的量溶解氧儀, 這點(diǎn)很重要。 該測(cè)試可使水處理廠確定水處理的效力或仍然存在的污染量。 通過(guò)測(cè)量特定培養(yǎng)期起始及終止時(shí)溶解于樣品內(nèi) 的氧的含量可以確定廢水、排出液和污水的相對(duì)需氧量。 可通過(guò)測(cè)出 時(shí)間 1 的溶氧( T1 ) , 減去時(shí)間 2 的溶氧( T2) ; 將該數(shù)值乘以最終樣品體積( VF) 并除以最初樣品體積( V) 來(lái)計(jì)算出 BOD。
BOD (mg/L) = (T1 – T2)VF/V 故障處理 使用極譜式電極時(shí), 校正或測(cè)量前要預(yù)熱至少 1 5-30 分鐘。為確保膜的電解液內(nèi) 沒(méi)有氣泡, ASI 膜帽在設(shè)計(jì)上要求在裝上膜頭時(shí)要排除掉所有液腔內(nèi) 的空氣。膜表面上不能留有任何氣泡, 否則它 會(huì)將氣泡當(dāng)作氧飽和樣品進(jìn)行讀數(shù)。即使使用的是帶有自 動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)膬x表,也要在接近樣品溶液的溫度下校正電極。電極應(yīng)在空氣中校正液化氣報(bào)警器, 以空氣作為 1 00% 的飽和溶解氧標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)。由于電極對(duì)氧的消耗, 探頭表面氧的濃度會(huì)瞬間降低, 因此測(cè)量時(shí)要對(duì)溶液進(jìn)行攪拌, 這很重要。如膜已破損則要進(jìn)行更換。 溶解氧測(cè)定儀簡(jiǎn)明原理 常見(jiàn)的溶氧儀多采用隔膜電極作換能器, 將溶氧濃度( 實(shí)際上是氧分壓) 轉(zhuǎn)換成電信號(hào), 再經(jīng)放大、 調(diào)整( 包括鹽度、 溫度補(bǔ)償) ,由模數(shù)轉(zhuǎn)換顯示。溶氧儀實(shí)用的膜電極有兩種類(lèi)型: 極譜型( Polarography) 和原電池型(Galvanic Cell)。 極譜型( Polarography) : 電極中溶解氧儀, 由黃金( Au) 環(huán)或鉑( Pt) 金環(huán)作陰極;銀-氯化銀( 或汞-氯化亞汞) 作陽(yáng)極。 電解液為氯化鉀溶液。
陰極外表面覆蓋一層透氧薄膜。 薄膜可采用聚四氟乙烯、 聚氯乙烯、 聚乙烯、 硅橡膠等透氣材料。 陰陽(yáng)兩電極之間外加 0.5~1 .5 伏的 極化電壓。 有的極化電壓為 0.7 伏。 當(dāng)溶解氧透過(guò)薄膜到達(dá)黃金陰極表面, 在電極上發(fā)生如下反應(yīng)。陰極被還原: O2+2H2O+4e→4OHˉ 同時(shí), 陽(yáng)極被氧化: 4Clˉ+4Ag-4e→4AETl 在正常情況下, 上述還原-氧化反應(yīng)產(chǎn)生的擴(kuò)散電流 i∞之值與溶氧濃度成正比。可用下式表示:i∞=nFA( Pm/L) Cs 式中: i∞-穩(wěn)定狀態(tài)的擴(kuò)散電流 n-得失電子數(shù) F-法拉第常數(shù)( 96500 庫(kù)侖)A-陰極表面積( 平方厘米)Pm-薄膜的滲透系數(shù)( 厘米 2/秒)L-薄膜的厚度( 厘米)Cs-溶解氧濃度( ppm)當(dāng)電極結(jié)構(gòu)和薄膜確定之后, 式中 A、 Pm、 L、 n 等均為常數(shù)。 令 K= nFA( Pm/L) , 則上 式中: i∞=KCs。因此可見(jiàn), 只要測(cè)得擴(kuò)散電流 i∞, 即可測(cè)得溶解氧濃度。 為消除溫度、 鹽度和氣壓因素影響, 各型號(hào)產(chǎn)品采用各自 技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。原電池型(Galvanic Cell): 當(dāng)外界氧分子透過(guò)薄膜進(jìn)入電極內(nèi) 相到達(dá)陰極的三相界面時(shí), 產(chǎn)生下式反應(yīng)。
銀陰極被還原: O2+2H2O+4e→4OHˉ 同時(shí), 鉛陽(yáng)極被氧化: 2Pb+2KOH+4OHˉ-4e→2KHPbO2+2H2O 即: 氧在銀陰極上被還原為氫氧根離子, 并同時(shí)向外電路獲得電子; 鉛陽(yáng)極被氫氧化鉀溶液腐蝕, 生成鉛酸氫鉀,同時(shí)向外電路輸出電子。 接通外電路之后環(huán)氧乙烷檢測(cè)儀, 便有信號(hào)電流通過(guò), 其值與溶氧濃度成正比。
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