儀器特點
溶解氧儀是測量溶解在水溶液内的氧氣的含量。氧氣通過周圍的空氣、空氣流動和光合作用溶解于水中。
通過呼吸和分解作用,溶解氧會在水中消耗,主要依靠空氣和光合作用進行補充。水中氧的含量主要取決于溫度。溫水的氧濃度要低于冷水。但溶氧含量過高對動植物會有害。
溶氧電極可以用來測量現場或實驗室内被測樣品水溶液内的溶氧含量。由于溶解氧是水的質量的主要指标之一,因此溶氧電極可廣泛用于各種場合下的溶氧含量的測量,尤其是養殖水、光合作用和呼吸作用及現場測量。在對溪水和湖水支持生物存活的能力進行評估時,要進行生化需氧量測試(BOD)在消耗氧氣的含有有機物的樣品水溶液變腐時對其進行測量并确定溶氧濃度和樣品水溶液溫度之間的關系。
BDO-200A型中文在線溶氧儀是高智能化在線連續監測儀。可以配極譜式電極,自動實現從ppb級到ppm級的寬範圍測量,是檢測鍋爐給水、凝結水、環保污水等行業的液體中氧含量測量的專用儀器。溶氧電極用一薄膜将鉑陰極,銀陽極,以及電解質與外界隔開,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膜擴散,氧分壓越大,透過膜的氧就越多。當溶解氧不斷地透過膜滲入腔體,在陰極上還原而産生電流,此電流在儀表上顯示出來。由于此電流和溶氧濃度直接成正比,因此校正儀表隻需将測得的電流轉換為濃度單位即可。
溶氧濃度通常用mg/L(每升水的溶氧量)或ppm(百萬分之幾)。有些儀表将計算出的氧含量和觀察到的濃度進行比較得出飽和度百分比(O2%sat.)
确定溶氧有兩種方式,極譜式和原電池式。極譜式電極需儀表輸入一電壓對電極進行
極化。由于外加電壓可能要15分鐘才能穩定,因此極譜式電極使用前通常要進行預熱确保電極能妥當極化。原電池式的兩個極由兩種不同的能自發極化産生電壓的金屬構成。由于原電池式的電壓是自發産生而不是外界提供的,因此原電池式電極使用時無需極譜式電極極化所需的“預熱”。
使用方法
1、日常維護儀表的日常維護主要包括定期對電極進行清洗、校驗、再生。
n2、儀表标定儀表的标定方法一般可采用标準液标定或現場取樣标定。
n3、使用中應注意的問題使用中應注意以下問題:
n由于溶解氧電極信号阻抗較高(約20MΩ),溶解氧電極與轉換器之間距離zui大為50m。測量溶液的含鹽量高時,儀表标定時應使用含鹽量相當的溶液;對于流通式測量方式,要求流過電極的zui小流速為0.3m/s。溶解氧電極不用時也應處于工作狀态,可接在溶解氧轉換器上。
久置或重新再生(更換電解液或膜)的電極,在使用前應置于無氧環境極化1~2h。由于溫度變化對電極膜的擴散和氧溶解度有較大影響,标定時需較長時間(約10min),以使溫補電阻達到平衡。氧分壓與該地區的海拔高度有關,儀表在使用前必須根據當地大氣壓進行補償。
環境影響
适當的溶氧對好的水質是必不可少的,所有的生命形态都需要氧。天然的溪水淨化過程要求有恰當的氧含量供給有氧生命形态。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并持續幾小時将導緻水生物大批死亡。
應用場合
溶氧電極可用來測量用來對氧含量會影響反應速度、流程效率或環境的流程進行監控:如水産養殖、生物反應、環境測試(湖、溪、海洋)、水/廢水處理、葡萄酒生産。
溫度補償
對标準溶氧測量說,溫度影響到氧的溶解度和擴散速度,因此必須進行溫度補償。
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系随着每份樣品溶液鹽度的不同而變化,因此多數的儀表制造商提供人工調節鹽度來修正由離子濃度不同而造成的變化。
生化需氧量
BOD測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物質時從水中消耗的氧的量,這點很重要。該測試可使水處理廠确定水處理的效力或仍然存在的污染量。通過測量特定培養期起始及終止時溶解于樣品内的氧的含量可以确定廢水、排出液和污水的相對需氧量。可通過測出時間1的溶氧(T1),減去時間2的溶氧(T2);将該數值乘以最終樣品體積(VF)并除以最初樣品體積(V)來計算出BOD。
BOD(mg/L)=(T1–T2)VF/V
故障處理
使用極譜式電極時,校正或測量前要預熱至少15-30分鐘。
為确保膜的電解液内沒有氣泡,ASI膜帽在設計上要求在裝上膜頭時要排除掉所有液腔内的空氣。
膜表面上不能留有任何氣泡,否則它會将氣泡當作氧飽和樣品進行讀數。
即使使用的是帶有自動溫度補償的儀表,也要在接近樣品溶液的溫度下校正電極。
電極應在空氣中校正,以空氣作為100%的飽和溶解氧标準點。
由于電極對氧的消耗,探頭表面氧的濃度會瞬間降低,因此測量時要對溶液進行攪拌,這很重要。
如膜已破損則要進行更換。
測定原理
常見的溶氧儀多采用隔膜電極作換能器,将溶氧濃度(實際上是氧分壓)轉換成電信号,再經放大、調整(包括鹽度、溫度補償),由模數轉換顯示。
溶氧儀實用的膜電極有兩種類型:極譜型(Polarography)和原電池型(GalvanicCell)。極譜型(Polarography):電極中,由黃金(Au)環或鉑(Pt)金環作陰極;銀-氯化銀(或汞-氯化亞汞)作陽極。電解液為氯化鉀溶液。陰極外表面複蓋一層透氧薄膜。薄膜可采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、矽橡膠等透氣材料。陰陽兩電極之間外加0.5~1.5伏的
極化電壓。有的極化電壓為0.7伏。當溶解氧透過薄膜到達黃金陰極表面,在電極上發生如下反應。
陰極被還原:O2+2H2O+4e→4OHˉ
同時,陽極被氧化:4Clˉ+4Ag-4e→4AgCl
在正常情況下,上述還原-氧化反應産生的擴散電流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∞-穩定狀态的擴散電流
n-得失電子數
F-法拉第常數(96500庫侖)
A-陰極表面積(平方厘米)
Pm-薄膜的滲透系數(厘米2/秒)
L-薄膜的厚度(厘米)
Cs-溶解氧濃度(ppm)
當電極結構和薄膜确定之後,式中A、Pm、L、n等均為常數。令K=nFA(Pm/L),則上
式中:i∞=KCs。
因此可見,隻要測得擴散電流i∞,即可測得溶解氧濃度。為消除溫度、鹽度和氣壓因素影響,各型号産品采用各自技術進行補償。
原電池型(GalvanicCell):當外界氧分子透過薄膜進入電極内相到達陰極的三相界面時,産生下式反應。
銀陰極被還原:O2+2H2O+4e→4OHˉ
同時,鉛陽極被氧化:2Pb+2KOH+4OHˉ-4e→2KHPbO2+2H2O
即:氧在銀陰極上被還原為氫氧根離子,并同時向外電路獲得電子;鉛陽極被氫氧化鉀溶液腐蝕,生成鉛酸氫鉀,同時向外電路輸出電子。接通外電路之後,便有信号電流通過,其值與溶氧濃度成正比。
溶解氧儀分類
便攜性
便攜式溶解氧儀,台式溶解氧儀和筆式溶解氧儀。
用途
實驗室用溶解氧儀,工業在線溶解氧儀等。
先進程度經濟型溶解氧儀,智能型溶解氧儀,精密型溶解氧儀或分為指針式溶解氧儀,數顯式溶解氧儀。
筆式溶解氧儀,一般制成單一量程,測量範圍狹,為專用簡便儀器。
便攜式和台式溶解氧儀測量範圍較廣,常用儀器,不同點是便攜式采用直流供電,可攜帶到現場。實驗室溶解氧儀測量範圍廣、功能多、測量精度高。
工業用溶解氧儀的特點是要求穩定性好、工作可靠,有一定的測量精度、環境适應能力強、抗幹擾能力強,具有模拟裡量輸出、數字通訊、上下限報警和控制功能等。