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臭氧分析儀檢測(cè)的原理
閱讀：3590 發(fā)布時(shí)間：2019-3-22
我們知道地球大氣層上有一層臭氧層，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)臭氧層能吸收紫外線，研究表明臭氧僅對(duì)波長(zhǎng)253.7nm的紫外線具有zui大吸收系數(shù)，在此波長(zhǎng)下紫外線通過臭氧會(huì)產(chǎn)生衰減，符合蘭波特——比爾定律。該方法已被美國(guó)等國(guó)家作為臭氧標(biāo)準(zhǔn)分析方法。該臭氧檢測(cè)儀就是采用紫外線吸收法的原理，用穩(wěn)定的紫外燈光源產(chǎn)生紫外線，用光波過濾器過濾掉其它波長(zhǎng)紫外光，只允許波長(zhǎng)253.7nm通過。經(jīng)過樣品光電傳感器，再經(jīng)過臭氧吸收池后，到達(dá)采樣光電傳感器。通過樣品光電傳感器和采樣光電傳感器電信號(hào)比較，再經(jīng)過數(shù)學(xué)模型的計(jì)算，就能得出臭氧濃度大小。
臭氧分析儀的檢測(cè)方法及其原理介紹
臭氧濃度檢測(cè)方法大致可分為“化學(xué)分析法”、“物理分析法”、“物理化學(xué)分析法”三類.
1.化學(xué)檢測(cè)法
1.1碘量法
碘量法是zui常用的臭氧測(cè)定方法,我國(guó)和許多國(guó)家均把此法作為測(cè)定氣體臭氧的標(biāo)準(zhǔn)方法,我國(guó)建設(shè)部發(fā)布的《臭氧發(fā)生器臭氧濃度、產(chǎn)量、電耗的測(cè)量》標(biāo)準(zhǔn)CJ/T3028.2—94中即規(guī)定使用碘量法.
其原理為強(qiáng)氧化劑臭氧(O3)與碘化鉀(KI)水溶液反應(yīng)生成游離碘(I2).臭氧還原為氧氣.
反應(yīng)式為：O3 2KI H2O→O2 I2 2KOH
游離碘顯色,依在水中濃度由低至高呈淺黃至深紅色.
利用硫代硫酸鈉(NaS2O3)標(biāo)準(zhǔn)液滴定,,反應(yīng)終點(diǎn)為*褪色止.
反應(yīng)式為：I2 2Na2S2O3→2NaI NaS4O6
兩反應(yīng)式建立起O3反應(yīng)量與NaS2O3消耗量的定量關(guān)系為1molO3：2molNaS2O3,
則臭氧濃度CO3計(jì)算式為：CO3=40x3x1000/1000(mg/L)
式中：CO3——臭氧濃度,mg/L;ANa——硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)液用量,ml;B——硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)液濃度,mol/L;V0——臭氧化氣體取樣體積,ml.
操作程序及方法參照標(biāo)準(zhǔn)CJ/T3028.2—94.
測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)型發(fā)生器濃度很方便.臭氧化氣體積用流量計(jì)計(jì)數(shù),NaS2O3濃度一般配制為0.100mol/L,測(cè)定精度可達(dá)±1%.
測(cè)定空氣中臭氧濃度時(shí),應(yīng)用在氣采樣器抽氣定量.為保證測(cè)定精度,NaS2O3配為0.10mol/L.
測(cè)定水溶臭氧濃度亦可用此公式計(jì)算,只是V0代表采水量,取1000ml.NaS2O3濃度為0.10mol/L.
碘量法優(yōu)點(diǎn)為顯色直觀.不需要貴重儀器.缺點(diǎn)是易受其氧化劑如NO、CI2等物質(zhì)的干擾,在重要檢測(cè)時(shí)應(yīng)減除其它氧化物質(zhì)的影響.
1.2比色法
比色法是根據(jù)臭氧與不同化學(xué)試劑的顯色或脫色反應(yīng)程度來確定臭氧濃度的方法.按比色手段分為人工色樣比色與光度計(jì)色.此法多用于檢測(cè)水溶解臭氧濃度.
國(guó)內(nèi)檢測(cè)瓶裝水臭氧溶解濃度有使用碘化鉀、其方式是利用檢測(cè)樣品顯色液管相比較,確定測(cè)樣臭氧溶解度值(0.05~0.08mg/L),要求的,則利用分光光度計(jì)檢測(cè).
國(guó)外利用此法做成儀器,配制標(biāo)準(zhǔn)工具與藥品作為現(xiàn)場(chǎng)抽檢使用,很方便.如美國(guó)HACH公司、日本荏原公司的DPD(二己基對(duì)苯二胺)比色盤,范圍為0.05~2mg/L.美國(guó)HACH公司微型比色儀,利用靛藍(lán)染料脫色反應(yīng).在600nm波長(zhǎng)比色,0.05~0.75nm/L濃度數(shù)字顯示,精度±0.01nm/L.受其它氧化劑干擾少.
1.3檢測(cè)管
將臭氧氧化可變化試劑浸漬在載體上,作為反應(yīng)劑封裝在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑的玻璃管內(nèi)做成測(cè)管,使用時(shí)將檢測(cè)管兩端切斷,把抽氣器接到檢測(cè)管出氣端吸取定量臭氧氣體,臭氧濃度與檢測(cè)管內(nèi)反應(yīng)劑柱變色長(zhǎng)度成正比,通過刻度值讀取濃度值.德國(guó)、日本和我國(guó)都生產(chǎn)臭氧檢測(cè)管,濃度范圍分為高(1000ppm)、中(10ppm)、低(3ppm)三種,用于檢測(cè)空氣臭氧濃度,適于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,使用簡(jiǎn)便,但精度低(為±15%).
2.物理方法
物理方法分析臭氧現(xiàn)在在上zui流行的是紫外線吸收法.它是利用臭氧對(duì)254nm波長(zhǎng)的紫外線特征吸收的特性,依據(jù)比爾—郎伯(Beer-Lambert)定律制造出的分析儀器,只要選擇合適長(zhǎng)度的吸收池,就可以檢測(cè)0.002mg/m3~5%(vol)濃度的臭氧.其線形在4~5個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)都很好.該法已被我國(guó)作為環(huán)境空氣中測(cè)定臭氧的標(biāo)準(zhǔn)方法(GB1/T1154348).
紫外線吸收法不但可以適用于檢測(cè)氣體中臭氧濃度,也可以檢測(cè)水中溶存的臭氧濃度.
紫外線吸收法的儀器在美國(guó)、的國(guó)、瑞士、日本都有產(chǎn)品.我國(guó)北京分析儀器廠于1985年引進(jìn)了美國(guó)莫尼特(MONITORLABS)公司的ML-8810型紫外吸收式臭氧分析器,用于環(huán)境檢測(cè),1992年以后又陸續(xù)擴(kuò)展量程到100ppm、1000ppm.北京超能自控實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究所在1999年開發(fā)了ZX-01系列紫外線吸收式臭氧分析器,其測(cè)量范圍從0~10ppm(用于環(huán)境檢測(cè))、0~100ppm、0~1000ppm、0~10000ppm到0~25000ppm.
2.1紫外線吸收法原理
輻射被某種氣體或液體吸收是受朗伯-比爾(LambertBeer)定律控制的：
I=Ioeklc
式中Io——入射光束的強(qiáng)度;
I——光束穿透樣品(氣體或液體)后的強(qiáng)度;
l——通過樣品光程的長(zhǎng)度;
c——樣品內(nèi)吸收物質(zhì)的濃度;
k——吸收物質(zhì)對(duì)該光線波長(zhǎng)的比吸收系數(shù).
此種檢測(cè)需要對(duì)物質(zhì)在已知波長(zhǎng)下k值的了解.
2.2臭氧檢測(cè)
臭氧吸收短波紫外區(qū)(200~300nm)哈特雷波段紫外光,在253.7nm處具有zui大吸收。在此波長(zhǎng),吸收系數(shù)值的范圍從303.9到313.2cm-1·mol-1·L(273K和760mmHg),研究者證實(shí)了該值為302.4cm-1·mol-1·L.
2.3布朗-呂伯
布朗-呂伯分析儀(前聯(lián)邦德國(guó)漢堡)的工作原理.水銀燈的輻射經(jīng)聚光鏡聚焦形成平行光束透過測(cè)皿照射到光線接收器上,一部分輻射光線被分光鏡折射到參比檢測(cè)用的另一光線接收器上,光強(qiáng)用一可變光欄調(diào)節(jié)到同一水平.兩只光線接受器接在橋式電路內(nèi),測(cè)皿吸收的光引起橋式電路的不平衡,一只伺服電機(jī)供恢復(fù)平衡用,其校正動(dòng)作范圍與光吸收相符.該儀器內(nèi)裝有自動(dòng)零點(diǎn)補(bǔ)償.當(dāng)測(cè)量空氣中臭氧時(shí),通過一只電磁閥將惰性氣引入測(cè)皿,當(dāng)檢測(cè)水中臭氧時(shí),將標(biāo)準(zhǔn)溶液注入測(cè)皿.
3.物理化學(xué)方法
3.1靛藍(lán)二磺酸鈉(簡(jiǎn)稱IDS)分光光度法
其原理是含臭氧的氣體在有多孔玻板的吸收管中通過蘭色的IDS溶液,生成的溶液用分光廣度計(jì)在610nm處測(cè)量,通過計(jì)算得出臭氧濃度.這種方法操作比較復(fù)雜,用于檢測(cè)環(huán)境中臭氧濃度或作為基準(zhǔn)用來標(biāo)定物理方法儀器(低濃度).
IDS法也被定為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)用來測(cè)定環(huán)境中的臭氧濃度(GB/T15437).
3.2化學(xué)發(fā)光法
該法是利用臺(tái)過量的乙烯(或NO)與臭氧發(fā)生化學(xué)發(fā)光,用光電倍增管接受發(fā)光光強(qiáng)來計(jì)算出臭氧的濃度.此法在上世紀(jì)七、八十年代很盛行,曾經(jīng)被美國(guó)ERP列為環(huán)境檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法之一.現(xiàn)已被紫外法所取代.