溶解氧儀介紹及特性運(yùn)用介紹

溶解氧儀

溶解氧儀是測量溶解在水溶液內(nèi)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?？捎脕頊y量用來對氧含量會影響反應(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)境測試(湖、溪、海洋）、水/廢水處理、葡萄酒生產(chǎn)。

 

儀器特點(diǎn)

溶解氧儀是測量溶解在水溶液內(nèi)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(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。但溶氧含量過高對動植物會有害。

溶氧電極可以用來測量現(xiàn)場或?qū)嶒炇覂?nèi)被測樣品水溶液內(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合下的溶氧含量的測量，尤其是養(yǎng)殖水、光合作用和呼吸作用及現(xiàn)場測量。在對溪水和湖水支持生物存活的能力進(jìn)行評估時，要進(jìn)行生化需氧量測試（BOD）在消耗氧氣的含有有機(jī)物的樣品水溶液變腐時對其進(jìn)行測量并確定溶氧濃度和樣品水溶液溫度之間的關(guān)系。

在線溶氧儀是高智能化在線連續(xù)監(jiān)測儀?？梢耘錁O譜式電極，自動實現(xiàn)從ppb級到ppm級的寬范圍測量，是檢測鍋爐給水、凝結(jié)水、環(huán)保污水等行業(yè)的液體中氧含量測量的儀器。溶氧電極用一薄膜將鉑陰極，銀陽極，以及電解質(zhì)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(kuò)散，氧分壓越大，透過膜的氧就越多。當(dāng)溶解氧不斷地透過膜滲入腔體，在陰極上還原而產(chǎn)生電流，此電流在儀表上顯示出來。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（百萬分之幾）。有些儀表將計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，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(jìn)行極化。由于外加電壓可能要15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無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玫乃|(zhì)是*的，所有的生命形態(tài)都需要氧。天然的溪水凈化過程要求有恰當(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)幾小時將導(dǎo)致水生物大批死亡。

應(yīng)用場合

溶氧電極可用來測量用來對氧含量會影響反應(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)境測試(湖、溪、海洋）、水/廢水處理、葡萄酒生產(chǎn)。

溫度補(bǔ)償

對標(biāo)準(zhǔn)溶氧測量說，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(jī)物質(zhì)時從水中消耗的氧的量，這點(diǎn)很重要。該測試可使水處理廠確定水處理的效力或仍然存在的污染量。通過測量特定培養(yǎng)期起始及終止時溶解于樣品內(nèi)的氧的含量可以確定廢水、排出液和污水的相對需氧量。可通過測出時間1的溶氧（T1），減去時間2的溶氧（T2）；將該數(shù)值乘以 zui終樣品體積（VF）并除以zui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(yù)熱至少15－30分鐘。

為確保膜的電解液內(nèi)沒有氣泡，ASI膜帽在設(shè)計上要求在裝上膜頭時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，以空氣作為飽和溶解氧標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)。

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(jìn)行攪拌，這很重要。

如膜已破損則要進(jìn)行更換。

測定原理

常見的溶氧儀多采用隔膜電極作換能器，將溶氧濃度（實際上是氧分壓）轉(zhuǎn)換成電信號，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。

溶氧儀實用的膜電極有兩種類型：極譜型（Polarography）和原電池型(Galvanic Cell)。極譜型（Polarography）：電極中，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）作陽極。電解液為氯化jia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，陽極被氧化：4Clˉ+4Ag-4e→4AgCl

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?？捎孟率奖硎荆?/p>

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，只要測得擴(kuò)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，各型號產(chǎn)品采用各自技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。

原電池型(Galvanic Cell)：當(dāng)外界氧分子透過薄膜進(jìn)入電極內(nèi)相到達(dá)陰極的三相界面時，產(chǎn)生下式反應(yīng)。

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。接通外電路之后，便有信號電流通過，其值與溶氧濃度成正比。

 

溶解氧儀分類

◆按便攜性分為：便攜式溶解氧儀，臺式溶解氧儀和筆式溶解氧儀。

◆按用途分為：實驗室用溶解氧儀，工業(yè)在線溶解氧儀等。

◆按先進(jìn)程度分為：經(jīng)濟(jì)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(shù)顯式溶解氧儀。

◆筆式溶解氧儀，一般制成單一量程，測量范圍狹，為簡便儀器。

便攜式和臺式溶解氧儀測量范圍較廣，常用儀器，不同點(diǎn)是便攜式采用直流供電，可攜帶到現(xiàn)場。實驗室溶解氧儀測量范圍廣、功能多、測量精度高。

工業(yè)用溶解氧儀的特點(diǎn)是要求穩(wěn)定性好、工作可靠，有一定的測量精度、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)，具有模擬里量輸出、數(shù)字通訊、上下限報警和控制功能等。