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在线溶解氧仪的分类及应用

发布时间:2019-09-05人气:14

溶解氧仪(溶氧仪)是测量溶解在水溶液内的氧气的含量,氧气通过周围的空气、空气流动和光合作用溶解于水中。一般由显示仪表主机、溶解氧电极两部分组成,电极由两个与支持电解质相接触的金属电极、及选择性薄膜组成。

一、在线溶解氧仪-在线溶氧仪的分类:按照工作原理分为极谱式(膜法)、荧光法两种

1、极谱式在线溶解氧仪(也称膜法在线溶解氧仪)

工作原理:氧透过隔膜被工作电极还原,产生与氧浓度成正比的扩散电流,通过测量此电流,得到水中溶解氧的浓度。

根据浓度不同,隔膜电极分为极谱式和原电池式两种类型。

极谱式隔膜电极,以银-氯化银作为对电极,电极内部电解液为钾,电极外部为厚度25-50μm的聚乙烯和聚四氟乙烯薄膜,薄膜挡住了电极内外液体交流,使水中溶解 氧渗入电极内部,两电极间的电压控制在0.5-0.8V,通过外部电路测得扩散电流可知溶解氧浓度。

原电池式隔膜电极,用银作阳电极,铅作阴电极。阳电极和银电极浸入氢氧化钾电解池中,形成两个半电池,外层同样用薄膜封住。溶解氧在阳极被还原,产生扩散电流,通过测定扩散电流可得溶解氧浓度。 

膜电极法是一个目前最常用的一种溶解氧连续测定方法,膜电极又名Clark氧电极,利用膜可渗透氧、但不能渗透水和有机及无机溶质的原理,保护电极不与这类还原物质紧密接触,从而使传感器的灵敏度不受影响。这种半透膜通常采用聚四氟乙烯纤维、聚乙烯等材料组成。

膜电极法溶解氧传感器,是由金电极(阴极)和银电极(阳极)及氯化钾或氢氧化钾电解液组成,氧通过膜扩散进入电解液与金电极和银电极构成测量回路。当给溶解氧分析仪电极加上0.6~0.8V的极化电压时,氧通过膜扩散,阴极释放电子,阳极接受电子,产生电流,整个反应过程为:

阳极反应:4Ag 4Cl-→4AgCl 4e-

阴极反应:O2 2H2O 4e-→4OH-

根据法拉第定律:当电极结构固定时,在一定温度下,扩散电流的大小只与样品氧浓度成正比例线性关系,测得电流值大小,便可知待测试样中氧的浓度。

2、荧光法溶解氧仪(也称在线荧光法溶解氧仪)

在线荧光溶解氧仪-荧光法溶解氧仪测量是基于荧光猝熄原理,蓝光照射到荧光物质上使荧光物质激发并发出红光,由于氧分子可以带走能量(猝熄效应),所以激发的红光的时间和强度与氧分子的浓度成反比。通过测量激发红光与参比光的相位差,并与内部标定值对比,从而可计算出氧分子的浓度。

荧光法溶解氧传感器有一层荧光物质,LED光源发出的蓝光照射到荧光物质上,荧光物质被激发,并发出红光;一个光电池检测荧光物质从发射红光到回到基态所需要的时间。这个时间只和蓝光的发射时间以及氧气的多少有关,探头另有一个LED光源,在蓝光发射的同时发射红光,做为蓝光发射时间的参考。传感器周围的氧气越多,荧光物质发射红光的时间就越短。

采用创新的荧光法替代传统的膜式电极,不用更换膜片和电解液,减少了维护工作量,提高了工作可靠性,特别适用于污水处理领域恶劣的工况。此外,荧光法传感器不消耗氧气,所以没有流速和搅动的要求,也不受硫化物等物质的干扰。 

ppm级的可广泛应用于化工化肥、环保、制药、生化、食品和自来水等溶液中溶解氧值的连续监测。ppb级的专为电厂、锅炉给水和凝结水等ppb级溶解氧测量设计,它确保了在超低浓度的稳定性和准确性。

二、在线溶氧仪-在线溶解氧仪的应用如下:

1.应用于水源监测、污水处理等行业

自来水厂为确保水值的质量,对于进入水厂的水源中溶解氧进行检测。污水处理厂对进入厂内进行处理的污水也进行溶解氧的测量。污水处理厂在污水处理过程中,为确保水体中的微生物/细菌的正常生活、确保水处理的效果,污水池的溶解氧含量必须控制在一定的范围内,溶解氧是污水处理过程中,一定要测量的参数之一。

在污水处理等行业中,需要测量水体的生物化学需氧量BOD5(5日生化需要量,代表污水中容易生化降解的指标),以了解污水被处理的效果。溶解氧仪器是测量水体处理前、后溶解氧量变化的方法之一。所以溶解氧分析仪常常用作BOD5中测量溶解氧量变化的检测工具。

2.应用于环境监测

环境水体江、河、湖泊、海水中的溶解氧是衡量水质好坏的重要指标之一,是一定需要测定的参数。

水体中的溶解氧量的多少反映了水体质量的优劣,水体中溶解氧减少是水体发臭的主要原因。所以在国家、市、地、县、区级水质检测站,重要江、河、湖泊的检测站,一定需要配备溶解氧测量仪器。

3.在教育和科研领域应用

在教育和科研领域中,溶解氧仪及传感器常常作为测量其它参数的检测仪器。

例如在氧传感器外加上一层对葡萄糖浓度变化敏感的固定化葡萄糖氧化酶膜,利用氧传感器可以制造成葡萄糖含量的分析仪。

在氧传感器外,加上一层专用的对BOD浓度变化敏感的细菌/微生物膜,可以制造成测量生物化学需氧量的仪器。在氧电极上,加上不同种类的细菌/微生物制造成的膜,可以用于不同行业的BOD测量。(BOD:Biochemical Oxygen Demand的简写,生化需氧量或生化耗氧量)

4.在水产养殖行业的应用

水产养殖中有淡水(目前是工厂养殖)和近海海水养殖方法。在水产养殖中溶解氧是必须测量的参数。当水体溶解氧浓度小于(3-4)mg/L时,鱼类呼吸困难;继续减少,则会窒息死亡。此时,需要开启增氧机补充水体中的氧。

在海水养殖中测量溶解氧时,为保证测量的准确性,需要进行盐度补偿。在没有自动盐度补偿的仪器中,一般先用比重计测量海水的盐度,手动输入数据进行测量。

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