臭氧濃度測定方法
臭氧應(yīng)用一百年來,發(fā)展了化學(xué)法、光學(xué)法、電化學(xué)法,熱化學(xué)法等多種臭氧檢測技術(shù),研制推廣了多種檢測儀器和裝置。根據(jù)濃度范圍、要求精度與應(yīng)用領(lǐng)域,選擇不同的測定方法。常用方法與儀器、裝置介紹如下。
(一)、化學(xué)法
1、碘量法
zui常用的臭氧測定方法是碘量法,我國和許多國家均把此方法作為測定氣體臭氧的標(biāo)準(zhǔn)方法。我國建設(shè)部發(fā)布的《臭氧發(fā)生器臭氧濃度、產(chǎn)量、電耗的測量》標(biāo)準(zhǔn)CJ/T3028.2-94中及規(guī)定是用碘量法。
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),臭氧同時(shí)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色至棕紅色。
利用硫代硫酸鈉(Na2S2O3)標(biāo)準(zhǔn)液滴定,游離I2變?yōu)榈饣c(NaI),反應(yīng)終點(diǎn)為*褪色止。反應(yīng)式為:
I2+2Na2S2O3 →2NaI+Na2S4O6
二反應(yīng)式建立起O3反應(yīng)量與Na2S2O3消耗量的定量關(guān)系比為:1molO3:2molNa2S2O3
則其臭氧濃度Co3=ANa*B*24000/V0(mg/L)
式中Co3-臭氧濃度,mg/L;ANa-硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)也用量,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/T3208.2-94。
測定標(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),Na2S2O3濃度一般配制為0.100mol/L,測定精度可達(dá)到 ±1%。
測定空氣中臭氧濃度時(shí),應(yīng)用大氣采樣器抽氣定量。為保證測定精度Na2S2O3配為0.010mol/L。
測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。Na2S2O3濃度為0.010mol/L。
碘量法優(yōu)點(diǎn)為顯色直觀,不需要貴重儀器。缺點(diǎn)是易受其它氧化劑如NO、Cl2等物質(zhì)干擾。在重要檢測時(shí)應(yīng)減除其它氧化物質(zhì)的影響。
2、比色法
是根據(jù)臭氧與不同的化學(xué)試劑的顯色或脫色反應(yīng)程度以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)比色。此方法多用于檢測水溶解臭氧濃度。
國內(nèi)檢測瓶裝水臭氧溶解濃度有使用碘化鉀、鄰邦甲苯胺等比色液的,簡單方式利用檢測樣品顯色液與標(biāo)準(zhǔn)色管比較,確定測樣臭氧溶解度值(0.05-0.8mg/L),些則利用分光光度計(jì)檢測吸收率。
國外利用此法作成儀器,配備標(biāo)準(zhǔn)工具與藥品作為現(xiàn)場抽樣使用,很方便。如美國HACH公司、日本荏原公司的DPD(二乙基對本二胺)比色盤,范圍為0.05-2.0mg/L。美國HACH公司微型比色儀,利用靛蘭染料脫色反應(yīng),600nm波長比色,0.05-0.75mg/L濃度數(shù)字顯示,精度±0.01mg/L。
比色法同樣受其它氧化劑干擾,靛蘭比色所受干擾較少。
3、檢測管
將臭氧氧化可變色試劑浸漬在載體上作為反應(yīng)劑封裝內(nèi)徑的玻璃管內(nèi)做成檢測管,使用時(shí)將檢測管兩端切斷,把抽氣器接到檢測管出氣端吸取定量臭氧氣體,臭氧濃度與檢測管內(nèi)反應(yīng)劑柱變色長度成正比,通過刻度值讀取濃度值。
德國Drager公司、日本荏原公司及我國都生產(chǎn)臭氧檢測管,濃度范圍分為高(1000ppm)、中(10ppm)、低(3pmm)三種,檢測空氣臭氧濃度。使用簡便,但精度低,為±15%,只適用于現(xiàn)場使用。
(二)紫外吸收法
原理為臭氧對波長 λ=254nm紫外光具有zui大吸收稀疏,在此波長下紫外光通過臭氧層會產(chǎn)生衰減,符合蘭波特-比爾(Lambert--Beer)定律: I=Ioe-klc :Io-無臭氧存在時(shí)入射光強(qiáng)度;I-光束穿透臭氧后的光強(qiáng)度;L-臭氧樣品池光程長度;C-臭氧濃度;K-臭氧對光波長吸收系數(shù)。
根據(jù)該公式,在K、L值已知條件下,通過檢測I/Io值即可測出臭氧濃度C值來。
紫外吸收法已被美國等國家作為臭氧分析的標(biāo)準(zhǔn)方法。
按應(yīng)用分為檢測空氣臭氧與檢測水溶臭氧兩種。均可連續(xù)在線檢測,數(shù)字顯示并可記錄打印。優(yōu)點(diǎn)為檢測精度高,穩(wěn)定性好,其它氧化劑干擾小。缺點(diǎn)為價(jià)格較高。
由于沿面放電型的充氣管與陶瓷片臭氧發(fā)生裝置產(chǎn)生氮氧化物含量較高,應(yīng)采用紫外法檢測其臭氧濃度。
臭氧紫外檢測(分析)儀作為現(xiàn)代技術(shù)產(chǎn)品,具有完備的起提處理、光-電轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)計(jì)算、分析及記錄功能。北京分析儀廠生產(chǎn)的8810型臭氧分析議,有0-10ppm、0-100pmm兩種產(chǎn)品。美、日、德等國家都有多種規(guī)格紫外分析儀生產(chǎn),檢測量zui高為20mg/L。
(三)電化學(xué)法
臭氧電化學(xué)法檢測儀器主要用于水溶臭氧濃度在線連續(xù)檢測控制,作為工藝控制裝置即便于調(diào)整臭氧化處理指標(biāo)處于*值又可降低運(yùn)行費(fèi)用。
電化學(xué)法測定原理為水中臭氧在電化表面產(chǎn)生電化學(xué)還原作用:O3+H2O+2e- →O2+2(OH-)
電化回路中電流特性曲線與溶液中分子臭氧的濃度成正比。
較早應(yīng)用的是電位測量,即利用氧化還原(Redox)復(fù)合電極通過檢測水中氧化還原電位變化而對應(yīng)計(jì)算出溶解臭氧濃度。裝置內(nèi)部分析運(yùn)算處理直接數(shù)字顯示,如德國SIEMENS公司的OZWSO53P臭氧溶解測定控制儀;只使用Redox電極可先檢測水的電位,再通過曲線查出對應(yīng)的臭氧濃度。
zui近廣泛應(yīng)用的“膜電極”溶解臭氧檢測儀,具有更好的臭氧選擇性與精度,具有0-20ppm的廣量程,是水處理部門在線檢測、控制較為理想的儀器,價(jià)格也比紫外臭氧分析儀便宜。
美國ATI公司、瑞士ROS公司都推出具有程序控制功能的膜電極電化學(xué)臭氧分析儀。