溶解氧測定方法應用二

隨著水質分析技術的不斷發(fā)展與更新，電化學溶氧測量技術已成為目前應用為廣泛的溶氧測量技術，此項技術是由Dr. Leland Clark于1956年發(fā)明。電化學分為原電池法和極譜法。其中，極譜法應用廣。電化學（極譜法）溶氧分析儀基于傳感器的結構又可以分為擴散型和平衡型兩種，相對而言，擴散型的電化學溶氧傳感器應用更為普及。

電化學（極譜法）溶氧傳感器結構如下圖所示。

圖1：極譜法測定原理圖

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

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

同時陽極發(fā)生氧化反應: 4Ag + 4Cl- = 4AgCl + 4e-

原電池法溶解氧測定原理同樣是電化學方法，但是它少了極化電壓，而是自發(fā)進行的反應。傳感器由陰陽極、電解液以及半透膜構成。當溶解在水中的氧分子穿過氧半透膜達到陰極發(fā)生還原反應：

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

而陽極發(fā)生氧化反應：2Zn = 2Zn2+ + 42e-

圖2：原電池法測定原理圖

當反應達到平衡穩(wěn)定的條件下，該電化學反應形成的電流和氧氣的分壓（濃度）呈一定關系：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)上述電化學過程產生的電流強度就可以計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。

和其他溶解氧測量技術相比較，極譜法溶氧測量技術具備應用量程廣，精度高（特別在ppb痕量級溶氧測量應用場合），技術成熟等特點，目前在水處理工業(yè)各種溶氧測量場合應用為普及和廣泛。而原電池法少了極化預熱的過程，使用則要方便些。

光學法測量溶解氧基于熒光淬滅的原理：傳感器中的藍色LED光源發(fā)出一束藍色光，照射在熒光物質上，該涂層的熒光物質隨即被這束藍光激發(fā)，此激發(fā)態(tài)并不穩(wěn)定，遇到氧以后會迅速釋放出紅色的光線并回復至原始狀態(tài)。此紅光和先前LED發(fā)射的藍光存在一個時間滯后，光電檢測器可以監(jiān)測到藍光和紅光之間的這個相位滯后，即測量熒光物質從被藍光激發(fā)到發(fā)射紅光后恢復原態(tài)的時間，根據(jù)這個來計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。當氧氣與熒光物質接觸后，則其產生的紅色光的強度會降低，同時其產生紅光的時間也會縮短，水樣中溶解的氧氣的濃度越高，則傳感器產生的紅光的強度就會越低。

圖3：熒光法測定原理圖

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