1.引言
臭氧分析儀主要應用于臭氧制備車間、化工、造紙、制藥和香精香料工業、水處理、食品醫藥滅菌車間等場合 。這里對臭氧分析儀的四種檢測原理進行了闡述,并且對其適用場合進行了簡單的說明。
2.臭氧分析儀檢測原理
臭氧分析儀根據不同的檢測原理一般可以分為以下四種。
2.1紫外吸收原理[1]
研究表明臭氧僅對波長253.7nm的紫外線具有最大吸收系數,在此波長下紫外線通過臭氧會產生衰減,符合Lambert-Beer定律。采用紫外吸收原理的臭氧分析儀,用穩定的紫外燈光源產生紫外線,光波過濾器過濾掉其它波長紫外光,只允許253.7nm的紫外線通過,經過樣品光電傳感器后,再經過臭氧吸收池,
到達采樣光電傳感器。最后通過樣品光電傳感器和采樣光電傳感器電信號比較,根據Lambert-Beer定律進行數學模型計算,從而得出臭氧濃度大小。
2.2半導體氣敏傳感器原理
半導體氣敏傳感器是利用半導體氣敏元件同氣體接觸后,造成半導體性質的變化來檢測特定氣體的成分或者測量其濃度。
半導體氣敏傳感器的臭氧分析儀利用氣敏半導體材料,如WO3、SnO、In2O3等金屬氧化物制成敏感元件,當它們吸收臭氧時,發生氧化還原反應,產生或放出熱量,使元件的溫度相應變化,從而電阻發生變化,將臭氧的濃度變換成電信號,進行臭氧濃度的測量。一般情況,隨著氣體的濃度增加,元件阻值明顯增大,在一定范圍內,呈線性關系。
2.3電化學傳感器原理
電化學傳感器即是一微型燃料電池。傳感器一般由工作電極、對電極、參比電極、電解液和電路系統等部件構成。工作電極和參比電極之間能保持一個恒定的電位值,當臭氧擴散進入傳感器時,在工作電極發生還原反應,對電極發生氧化反應,對電極和工作電極之間形成微小的電流,此電流與進入傳感器的臭氧濃度一定范圍內成正比,最后通過電路系統處理,計算出臭氧含量[2]。
2.4化學變色原理
國際公認化學變色原理即碘化鉀、硫代硫酸鈉滴定法來檢測臭氧濃度[3]。碘化鉀滴定法原理是用強氧化劑臭氧與碘化鉀反應,使碘在水里游離出來,水就會變為茶色(反應式:O3+2KI+H2O→O2+I2+2KOH)。利用硫代硫酸鈉標準液滴定,使游離碘變為碘化鈉,反應終點為水完全褪色(反應式:I2+2Na2S2O3 →2NaI+Na2S4O6)。臭氧濃度的計算Co3=(ANa×B×24000)/V0(mg/L),其中:Co3為臭氧的濃度,mg/L;ANa為硫代硫酸鈉標準溶液用量,mL;B為硫代硫酸鈉標準溶液濃度,mol/L;V0為臭氧化氣體取樣體積,mL。
3.臭氧分析儀的應用
紫外吸收原理的臭氧分析儀具有自動校正、自動運行的功能且具有靈敏度高、重復性好、測量精準等優點,被廣泛應用于環境監測、科研分析和計量標準等;半導體氣敏傳感器原理的臭氧分析儀具有成本低廉、靈敏度高、響應速度快等優點和對氣體的選擇性差、穩定性不理想等缺點,多用于家庭和大氣環境中的探測;電化學傳感器原理的臭氧分析儀體積小、響應快、選擇性好和測量準確穩定,多用于化工廠、污染治理的臭氧泄漏或者現場在線監控,目前便攜式的臭氧檢測儀器普遍采用電化學傳感器;化學變色原理檢測臭氧測量范圍廣,高濃度測量準確度高,在臭氧濃度大于等于3 mg/L時,精度可達到±1%,然而受環境、人員等干擾因素的影響,一般在實驗室里進行。