臭氧濃度檢測方法

1、臭氧濃度檢測方法臭氧是一種強氧化劑，具有很強的殺菌消毒、漂白、除味等特性，因此廣泛應用于水消毒、 食品加工殺菌凈化、食品貯藏保鮮、醫(yī)療衛(wèi)生和家庭消毒凈化等方面的產品。在臭氧發(fā)生器生產和應用中，一定的 臭氧濃度是保證消毒氧化效果、節(jié)約能源和防止污染的重要參數(shù)。1. 臭氧發(fā)生器產量的標定發(fā)生器的臭氧產量是其最主要、最基本的技術指標，而產量又是通過測定臭氧濃度后計 算得出的。嚴格說，沒有測定臭氧濃度的可靠手段就不可能生產出合格產品，目前市場臭氧發(fā)生器產量虛報假冒主要表現(xiàn)為沒有 臭氧濃度指標或不真實。2. 臭氧濃度保證消毒效果只有保證和其它消毒殺菌劑一樣，只有達到足夠的劑量，作用一定時間才能達到消殺效

2、果。例如當臭氧濃度為0.080.6ppm時，對空氣中細菌繁殖體中的大腸桿菌作用30min ,其平均殺滅率達 84.6099.9% ，而空氣中臭氧濃度為0.340.85ppm時，作用1030min , 其殺滅率可達 99.4799.97%。又如臭氧對空氣消毒時，當濃度為 0.21mg/L時，作用10min對金黃色葡萄球菌殺滅率達90.81%，如提高濃度為 0.72mg/L時，作用時間仍為 10min ,殺滅率可達 99.99%。一般講臭氧的濃度愈高其殺菌效果愈好。3. 環(huán)境臭氧濃度不能過高臭氧除了對人類有益的一面外，同時它又是一種對環(huán)境污染的物質，我國環(huán)境空氣質量標準（GB3095-1996 ）

3、中規(guī)定臭氧的濃度限值（1小時平均）一級標準為0.12mg/m 3 ；二級標準為 0.16mg/m 3 ;三級標準為 0.20mg/m 3。臭氧的工業(yè)衛(wèi)生標準大多數(shù)國家最高 限值為O.lppm （ 0.20mg/m 3 ）。因此利用臭氧消毒殺菌濃度不應過高，臭氧發(fā)生器的產 量不是越高越好。例如：一般家庭用室內殺菌的臭氧發(fā)生器產量應在200mg/h左右，最高不要超過4OOmg/h。這樣，在臭氧殺菌工作3060min后，室內殘余濃度低于果品家衛(wèi)生標準要求。需要注意的是，一些過敏體質的人，長時間暴露在臭氧含量超過0.18mg/m 3的環(huán)境下，回出現(xiàn)皮膚刺癢，呼吸不暢，咳嗽及鼻炎等癥狀。濃度再高，會給人

4、體造成更大的 傷害。4. 臭氧應用工程與設備需要監(jiān)測臭氧濃度臭氧發(fā)生器發(fā)生臭氧能力在很大程度上受氣源的濕度、冷卻水溫度、放電面的老化等影響，所以要經(jīng)常對 臭氧濃度 進行檢測。對大型臭氧設備，最好在流程中裝有高濃度臭氧（氣體）檢測儀，并有檢測混合后水的溶存臭氧檢測儀，還有檢測排放的尾氣中所含 臭氧濃度的檢測儀。以便控制整個系統(tǒng)處在最佳工作狀態(tài)。臭氧濃度檢測方法大致可分為化學分析法Ik 物理分析法II、物理化學分析法I三類。1化學檢測法1.1碘量法碘量法是最常用的臭氧測定方法，我國和許多國家均把此法作為測定氣體臭氧的標準方法，我國建設部發(fā)布的臭氧發(fā)生器臭氧濃度、產量、電耗的測量標準 CJ/T 30

5、28.2 94中即規(guī)定使用碘量法。其原理為強氧化劑臭氧（O 3 ）與碘化鉀（KI ）水溶液反應生成游離碘（I 2 ）。臭氧還原為氧氣。反應式為：O 3 + 2KI + H 2 O t O 2 + I 2 + 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（NaS 2 O 3 ）標準液滴定，游離碘變?yōu)榈饣c（ Nal ）,反應終點 為完全褪色止。反應式為：I 2 + 2Na 2 S 2 O 32Nal + NaS 4 O 6兩反應式建立起 0 3反應量與 NaS 2 O 3消耗量的定量關系為ImolO 3 : 2mol NaS2 O 3 ,則臭氧濃度 C O3計算式為：C

6、 O3 =40x3x1000/1000（ mg/L）式中：C O3 臭氧濃度，mg/L ；A Na 硫代硫酸鈉標準液用量，ml ;B 硫代硫酸鈉標準液濃度，mol/L ；V 0 臭氧化氣體取樣體積，ml o操作程序及方法參照標準CJ/T3028.2 94 。測定標準型發(fā)生器濃度很方便。臭氧化氣體積用流量計計數(shù)，NaS 2 O 3濃度一般配制為 0.100mol/L，測定精度可達 ±1% o測定空氣中臭氧濃度時，應用在氣采樣器抽氣定量。為保證測定精度，NaS 2 O 3配為 0.10mol/L o測定水溶 臭氧濃度 亦可用此公式計算，只是V 0代表采水量，取 1000ml o NaS

7、2 O 3濃度為 0.10mol/L o碘量法優(yōu)點為顯色直觀。不需要貴重儀器。缺點是易受其氧化劑如NO、 CI 2等物質的干擾，在重要檢測時應減除其它氧化物質的影響。1.2比色法比色法是根據(jù)臭氧與不同化學試劑的顯色或脫色反應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色此法多用于檢測水溶解臭氧濃度國內檢測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。 其方式是利用檢測樣品顯色液管相比較，確定測樣臭氧溶解度值（0.050.08mg/L ）,要求精確的，則利用分光光度計檢測。國外利用此法做成儀器，配制標準工具與藥品作為現(xiàn)場抽檢使用，很方便。如美國 HACH 公司、日本荏原公司

8、的DPD （二己基對苯二胺）比色盤，范圍為0.052mg/L。美國HACH 公司微型比色儀，利用靛藍染料脫色反應。在600nm波長比色， 0.050.75nm/L濃度數(shù)字顯示，精度 ±0.01 nm/L。受其它氧化劑干擾少。1.3檢測管將臭氧氧化可變化試劑浸漬在載體上，作為反應劑封裝在標準內徑的玻璃管內做成測 管，使用時將檢測管兩端切斷，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反應劑柱變色長度成正比，通過刻度值讀取濃度值。德國、日本和我國都生產臭氧檢測管，濃度范圍分為高（1000ppm ）、中（10ppm ）、低（3ppm、三種，用于檢測空氣 臭氧濃度，適于現(xiàn)場應

9、用，使用簡便，但精度低（為土 15% ）o2. 物理方法物理方法分析臭氧現(xiàn)在在國際上最流行的是紫外線吸收法。它是利用臭氧對 254nm波長的紫外線特征吸收的特性，依據(jù)比爾一郎伯（Beer-Lambert、定律制造出的分析儀器，只要選擇合適長度的吸收池，就可以檢測0.002mg/m35% （ vol ）濃度的臭氧。其線形在45個數(shù)量級內都很好。該法已被我國作為環(huán)境空氣中測定臭氧的標準方法（GB1/T1154348 ）。紫外線吸收法不但可以適用于檢測氣體中臭氧濃度，也可以檢測水中溶存的 臭氧濃度。紫外線吸收法的儀器在美國、的國、瑞士、日本都有產品。我國北京分析儀器廠于1985年引進了美國莫尼特（M

10、ONITOR LABS、公司的 ML-8810型紫外吸收式臭氧分析器，用于環(huán)境檢測，1992年以后又陸續(xù)擴展量程到100ppm、 1000ppm。北京超能自控實驗技術研究所在1999年開發(fā)了 ZX-01系列紫外線吸收式臭氧分析器，其測量范圍從010ppm （用于環(huán)境檢測）、0100ppm、01000ppm、010000ppm 至U 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Io 入射光束的強度；I 光束穿透樣品（氣體或液體）后的強度；l通過樣品光程的長度；c樣品內吸收物質的濃度；k

11、吸收物質對該光線波長的比吸收系數(shù)。此種檢測需要對物質在已知波長下k值的精確了解。2.2臭氧檢測臭氧吸收短波紫外區(qū)（200300nm ）哈特雷波段紫外光，在253.7nm處具有最大吸收（圖1 ）。在此波長，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測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用的另一光線接收器上，光強用一可變光欄調節(jié)到同一水平。

12、兩只光線接受器接在橋式電路內，測皿吸收的光引起橋式電路的不平衡，一只伺服電機供恢復平衡用，其校正動作范圍與光吸收相符。該儀器內裝有自動零點補償。當測量空氣中臭氧時，通過一只電磁閥將惰性氣引入測皿，當檢測水中臭氧時，將標準溶液注入測皿。3. 物理化學方法3.1靛藍二磺酸鈉（簡稱 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在 610nm處測量，通過計算得出 臭氧濃度。這種方法操作比較復雜，用于檢測 環(huán)境中臭氧濃度或作為基準用來標定物理方法儀器（低濃度）。IDS法也被定為國家標準用來測定環(huán)境中的臭氧濃度（GB/T15437 ）。3.2化

13、學發(fā)光法該法是利用臺過量的乙烯（或NO ）與臭氧發(fā)生化學發(fā)光，用光電倍增管接受發(fā)光光強來計算出臭氧的濃度。此法在上世紀七、八十年代很盛行，曾經(jīng)被美國ERP列為環(huán)境檢測標準方法之一。現(xiàn)已被紫外法所取代。4. 水中臭氧檢測方法測量水中溶存 臭氧濃度除了用碘量法和紫外線吸收法之外，近年來國際上普遍采用了 一種稱之為膜電極I的電化學方法，它是用一個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。測量時將探頭敏感部分置于臭氧水中，在陰陽極之間加一固定極化電壓， 溶存的臭氧透過半透膜到達陰極表面并被還原，產生與臭氧濃度成正比的擴散電流，擴散電流大小可用下式表示：I=KC式中：I 擴散電流（A ）K

14、 常數(shù)C O 3 濃度（mg/L ）國外在對各種半透膜材料、電極材料、電解質以及外加電壓電位的研究后，制造出一種電流的穩(wěn)態(tài)電壓的膜電極，線形和再現(xiàn)性都很好。膜電極法抗干擾能力強、靈敏度高、量程廣、可用于在線分析和控制。國際上有越來越廣泛地使用膜電極法分析水中臭氧濃度的趨勢。美國的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我國臭氧產業(yè)發(fā)展迅速，產品種類繁多，有些產品表達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所含臭氧的質量數(shù)表示，常用的單位有mg/L、 mg/m 3、卩g/m 3簡稱質量濃度，它們的關

15、系是：1mg/L = 10 3 mg/m 3 = 10 6 卩g/m 3我國各種標準均采用質量濃度。另一種用ppm或ppb作為濃度單位，稱為體積濃度。ppm ( parts per million )單位是指在100萬氣體體積中含有臭氧的體積數(shù)，在美國、日本等國家習慣使用體積濃度。1ppm = 10 3 ppb但是ppb ( parts per million )的含義不明確。在美國和法國，一billion的意義為十億(10 9 ), ppb意味著十億分之一(10 -9 );而在英國和德國，一billion為萬億(1012 ) , ppb意味著萬億分之一(10 -12 )。因此，這是一種容易混

16、淆的表達方式。國際純 粹化學與應用化學協(xié)會與1971年7月作出一不宜采用 的決定。在我國ppb 一般指10 -9。也有用體積百分比 %( vol )和pphm來表示體積濃度的，它們的關系式是1%( vol )= 10 4 ppm = 10 6 pphm = 10 7 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 (標準狀態(tài)，273K , 101.3kPa，即 0 C, 760mmHg )的氣體摩爾體積例如，大氣中的

17、臭氧含量為 1ppm，則用 mg/m 3表示。A= 40x/3x?X =40x/3x =2.14( mg/m 3 )。在美國、日本和國際全球檢測系統(tǒng)內的標準狀態(tài)是指298K ( 25 C)和101.3kPa(760mmHg )這時的氣體體積為 24.45L/mol ，這樣1ppm = 1.963mg/m 3 。還有一種用重量百分比來表示臭氧的濃度。一般用% ( wt )表示， % ( wt )的含義是：臭氧的質量 /含有臭氧氣體的質量 X100%。這樣，在標準狀態(tài)下1ppm = 2.14mg/m 3 = 1.6610 -凍( wt )1% ( wt )(空氣中)=12.93g/m 3 = 60

18、42ppm1% ( wt )(氧氣中)=14.3g/m 3 = 6682ppm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其含義是臭氧的質量( mg )/含有臭氧水的容積( m 3 )g/m3是臭氧的質量( mg )/含有臭氧水的容積( m 3 )ppm是臭氧的質量/含有臭氧水的質量 X10 61mf/l = 1g/m 3 = 1ppm6臭氧檢測中應注意事項6.1采樣管材料應選用抗強氧化的材料，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采樣管應盡量

19、短，測量低濃度時一般不要超過2m。6.3從采樣管到檢測儀器，不要漏氣，否則測量值偏低。6.4檢測較低濃度（如檢測環(huán)境）臭氧時，新的聚四氟乙烯管也要充分的進行I氧化II,即通過含較高濃度臭氧的氣體來穩(wěn)定采樣管內壁。日本荏原公司認為要20min以上才能穩(wěn)定，而美國莫尼特公司要求數(shù)小時。6.5采樣管要定時清洗、吹干。不清潔的采樣管會使測量值偏低很多。6.6臭氧分析儀要定時進行標定，以保證測量數(shù)據(jù)可靠。2制藥廠2.1計算方法 根據(jù)消毒技術規(guī)范及實際應用經(jīng)驗， 三十萬凈化級取 C = 2.5ppm = 5mg/m3 ; 十萬凈化級級取 C = 5ppm = 10mg/ m3 ; 萬凈化級取 C = 15

20、ppm = 30mg/ m3 ;百級取 C = 20ppm = 40mg/ m3 。計 算方法：利用HVAC系統(tǒng)集中投加時，臭氧發(fā)生器選用按以下方法計算： 首先計算實際 臭氧消毒體積，實際體積由三部分組成V = V1 + V2 + V3 , V1潔凈區(qū)空間體積，V2空氣凈化系統(tǒng)體積，V3循環(huán)時空氣損失體積，實際計算過程中V3等于循環(huán)系統(tǒng)總風量的1.2%。（1） W = CXv/d w :實際選用臭氧發(fā)生器的產量，單位為g/h。c：單位體積臭氧投加量。V :實際臭氧消毒體積。d:臭氧衰退系數(shù)0.42。（2）若設計 臭氧濃度 按空間浮游菌為5ppm，消毒體積10000m3,送風流量100000m3

21、/h V1=10000 m3V2 =忽略不計V3 = 100000 僅2% = 1200實際臭氧消毒體積 V = V1 + V2 + V3 =11200m3 臭氧投加量 W = CXV/d = 5 2X11200/0.4208 = 266.159g/h 推薦選擇臭氧發(fā)生器的產量為280g/h.主機一般安裝在中效過濾器后段或高效過濾器前段消毒技術規(guī)范2002中臭氧濃度的測定臭氧（。3）含量的測定（1）配制3 mol/L硫酸、200g/L碘化鉀與5g/L淀粉等溶液。配制并標定 0.05 mol/L硫 代硫酸鈉滴定液（2）采樣:檢測臭氧水（臭氧水溶液）濃度時，精密吸取樣本100.0 ml300.0ml,（濃度較低，但不低于10mg/L時，取400.0 ml）置于500 ml帶塞錐