臭氧濃度檢測(cè)方法

1、For personal use only in study and research; not for commercial use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.化學(xué)檢測(cè)法1.1碘量法碘量法是最常用的臭氧測(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/T 3028.2 94 中即規(guī)定使用碘量法。其原理為強(qiáng)氧化劑臭氧（O 3 ）與碘化鉀（ KI ）水溶液反應(yīng)生成游離碘（I 2 ）。臭氧還原為氧氣。反應(yīng)式為：O3+2KI+H2OT O2+I2+2KOH游

2、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（NaS 2 O 3）標(biāo)準(zhǔn)液滴定，游離碘變?yōu)榈饣c（NaI ），反應(yīng)終點(diǎn)為完全褪色止。反應(yīng)式為：I 2 + 2Na 2 S 2 O 3T 2NaI + NaS 4 O 6兩反應(yīng)式建立起O 3 反應(yīng)量與 NaS 2 O 3消耗量的定量關(guān)系為1molO 3： 2mol NaS 2 O 3，則臭氧濃度 C O3 計(jì)算式為：C O3 =40x3x1000/1000（ mg/L）式中：C O3 臭氧濃度，mg/L；A Na 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；V 0 臭氧化氣體取樣體積，ml 。操作程序及方法參照

3、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)，NaS 2 O 3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，NaS 2 O 3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V 0 代表采水量，取1000ml。 NaS 2 O 3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 、 CI 2 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(lái)確定臭氧

4、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、鄰聯(lián)甲胺等比色液的。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（ 0.050.08mg/L） , 要求精確的，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 0.052mg/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， 0.050.75nm/L濃度數(shù)字顯示，精度±0.01nm/L。受

5、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(guò)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)在在國(guó)際上最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-Lambe

6、rt )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/m35% ( vol )濃度的臭氧。其線形在45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19

7、99 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010ppm (用于環(huán)境檢測(cè) ) 、 0100ppm、 01000ppm、 010000ppm到 025000ppm。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 ( Lambert Beer )定律控制的：I = I o e -klc式中 I o 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(guò)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 值的精確了解。2.2 臭氧檢測(cè)臭氧吸收短波紫外區(qū)（200300nm）哈特雷波段紫外

8、光，在253.7nm 處具有最大吸收（圖1 ）。在此波長(zhǎng)，吸收系數(shù)值的范圍從303.9至 U 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）的工作原理如圖2 所示。水銀燈的輻射經(jīng)聚光鏡聚焦形成平行光束透過(guò)測(cè)皿照射至光線接收器上，一部分輻射光線被分光鏡折射至參比檢測(cè)用的另一光線接收器上，光強(qiáng)用一可變光欄調(diào)節(jié)至同一水平。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)

9、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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(lái)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(guò)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(lái)計(jì)算出臭氧的濃度。此法在上世紀(jì)七、八十

10、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。4. 水中臭氧檢測(cè)方法測(cè)量水中溶存臭氧濃度除了用碘量法和紫外線吸收法之外，近年來(lái)國(guó)際上普遍采用了一種稱之為“膜電極的電化學(xué)方法，它是用一個(gè)帶有可更換的能滲透臭氧的半透膜的探頭和微處理器組成。測(cè)量時(shí)將探頭敏感部分置于臭氧水中，在陰陽(yáng)極之間加一固定極化電壓，溶存的臭氧透過(guò)半透膜到達(dá)陰極表面并被還原，產(chǎn)生與臭氧濃度成正比的擴(kuò)散電流，擴(kuò)散電流大小可用下式表示：I=KC式中： I 擴(kuò)散電流（A ）K 常數(shù)C O 3 濃度（ mg/L） 國(guó)外在對(duì)各種半透膜材料、電極材料、電解質(zhì)以及外加電壓電位的研究后，制造出一種電流的穩(wěn)態(tài)電壓的

11、膜電極，線形和再現(xiàn)性都很好。膜電極法抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、量程廣、可用于在線分析和控制。國(guó)際上有越來(lái)越廣泛地使用膜電極法分析水中臭氧濃度的趨勢(shì)。美國(guó)的ATI 公司， ROSEMOUNT公司和 瑞士的 ROS 公司都有膜電極罰臭氧分析儀。5. 臭氧濃度單位 近年來(lái)我國(guó)臭氧產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)品種類繁多，有些產(chǎn)品表達(dá)濃度的單位使用混亂，容易被人誤解。5.1氣體中臭氧濃度表示方法一種是以單位體積內(nèi)所含臭氧的質(zhì)量數(shù)表示，常用的單位有mg/L 、 mg/m 3、? /m 3 簡(jiǎn)稱質(zhì)量濃度，它們的關(guān)系是： 1mg/L = 10 3 mg/m 3 = 10 6gg/m 3我國(guó)各種標(biāo)準(zhǔn)均采用質(zhì)量濃度。另一種用

12、ppm 或 ppb 作為濃度單位，稱為體積濃度。 ppm（ parts per million）單位是指在 100 萬(wàn)氣體體積中含有臭氧的體積數(shù)，在美國(guó)、日本等國(guó)家習(xí)慣使用體積濃度。1ppm = 10 3 ppb但是 ppb（ parts per million）的含義不明確。在美國(guó)和法國(guó)， “billion”的意義為十億 （ 10 9）， ppb 意 味著十億分之一（ 10 -9 ）；而在英國(guó)和德國(guó)，“billion”為萬(wàn)億（10 12）， ppb 意味著萬(wàn)億分之一（10 -12 ）。因此， 這是一種容易混淆的表達(dá)方式。國(guó)際純粹化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)與1971年 7 月作出 “不宜采 用”的決定

13、。在我國(guó) ppb 一般指 10 -9也有用體積百分比 % （ vol）和 pphm來(lái)表示體積濃度的，它們的關(guān)系式是1% （ vol ） = 10 4 ppm = 10 6 pphm = 107 ppb 兩種單位可用下面公式換算：X （ ppm） =40x/3x ?A（ mg/m 3）或 A=3x/40x ?X式中： A 以 mg/m 3表示的臭氧濃度X 以 ppm表示的臭氧濃度M 氣體的摩爾量（臭氧為48 ）22.4 NPT （標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，273K ,101.3kPa，即0C,760mmH）的氣體摩爾體積g例如，大氣中的臭氧含量為1ppm ，則用 mg/m 3表示。A= 40x/3x?X =40

14、x/3x =2.14( mg/m 3 )。在美國(guó)、日本和國(guó)際全球檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是指298K (25 C)和101.3kPa( 760mmHg )這時(shí)的氣體體積為24.45L/mol，這樣1ppm = 1.963mg/m 3。還有一種用重量百分比來(lái)表示臭氧的濃度。一般用%( wt )表示，%( wt )的含義是：臭氧的質(zhì)量/ 含有臭氧氣體的質(zhì)量 X100% 。這樣，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1ppm = 2.14mg/m 3 = 1.66X10 -4 %（ wt ）1% （ wt ）（空氣中）= 12.93g/m 3 = 6042ppm1% （ wt ）（氧氣中）=14.3g/m 3 = 6682ppm

15、空氣密度為 1293g/m 3，氧氣密度為1430g/m 3。5.2表示水中溶存臭氧的單位有mg/l、 g/m 3和 ppm（ wt ） mg/L 其含義是臭氧的質(zhì)量（mg ） / 含有臭氧水的容積（ m 3）g/m3 是臭氧的質(zhì)量（mg ） / 含有臭氧水的容積（m 3 ）ppm是臭氧的質(zhì)量/ 含有臭氧水的質(zhì)量X10 61mf/l = 1g/m 3 = 1ppm6. 臭氧檢測(cè)中應(yīng)注意事項(xiàng)6.1采樣管材料應(yīng)選用抗強(qiáng)氧化的材料，如玻璃、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯；不銹鋼材料也盡量少用，以減少采樣管中臭氧損耗。6.2采樣管應(yīng)盡量短，測(cè)量低濃度時(shí)一般不要超過(guò)2m 。6.3從采樣管到檢測(cè)儀器，不要漏氣，

16、否則測(cè)量值偏低。6.4檢測(cè)較低濃度（如檢測(cè)環(huán)境）臭氧時(shí)，新的聚四氟乙烯管也要充分的進(jìn)行“臭氧化 ”，即通過(guò)含較高濃度臭氧的氣體來(lái)穩(wěn)定采樣管內(nèi)壁。日本荏原公司認(rèn)為要20min以上才能穩(wěn)定，而美國(guó)莫尼特公司要求數(shù)小時(shí)。6.5采樣管要定時(shí)清洗、吹干。不清潔的采樣管會(huì)使測(cè)量值偏低很多。6.6臭氧分析儀要定時(shí)進(jìn)行標(biāo)定，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)可* 。_以下無(wú)正文 _僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。TO 員 bko g員刃員 ege 肉 KOTOpiueno員 b3ymoiccH6yqe,HU cegoB u HHue肉 go員冶 HBIucno 員 B3OBB 孤 TObMCMEepqeuceknuHxxFor pe