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每日一學(xué):便攜式溶解氧測(cè)定儀的工作原理

更新時(shí)間:2021-08-23 瀏覽:3705次

 溶解氧測(cè)定儀是測(cè)定水中溶解氧的裝置儀器,主要用于測(cè)定溶解在水中的氧氣濃度或飽和度。便攜型體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便,廣泛用于與水質(zhì)分析相關(guān)的領(lǐng)域,例如教學(xué)、科研、化驗(yàn)室等。

  便攜式溶解氧測(cè)定儀的工作原理
  常見的溶解氧測(cè)定儀多采用隔膜電極作換能器,將溶氧濃度(實(shí)際上是氧分壓)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再經(jīng)放大、調(diào)整(包括鹽度、溫度補(bǔ)償),由模數(shù)轉(zhuǎn)換顯示。測(cè)定溶解氧使用的膜電極有兩種類型:極譜型(Polarography)和原電池型(GalvanicCell)。極譜型(Polarography):電極中,由黃金(Au)環(huán)或鉑(Pt)金環(huán)作陰極;銀-氯化銀(或汞-氯化亞汞)作陽極。電解液為lu化鉀溶液。陰極外表面覆蓋一層透氧薄膜。薄膜可采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、硅橡膠等透氣材料。陰陽兩電極之間外加0.5~1.5伏的極化電壓。有的極化電壓為0.7伏。當(dāng)溶解氧透過薄膜到達(dá)黃金陰極表面,在電極上發(fā)生如下反應(yīng)。
  陰極被還原:O22H2O4e→4OHˉ;同時(shí),陽極被氧化:4Clˉ4Ag-4e→4AgCl;在正常情況下,上述還原-氧化反應(yīng)產(chǎn)生的擴(kuò)散電流i∞之值與溶氧濃度成正比。可用下式表示:
  i∞=nFA(Pm/L)Cs式中:i∞-穩(wěn)定狀態(tài)的擴(kuò)散電流n-得失電子數(shù);F-法拉第常數(shù)(96500庫侖);A-陰極表面積(平方厘米);Pm-薄膜的滲透系數(shù)(厘米2/秒);L-薄膜的厚度(厘米);Cs-溶解氧濃度(ppm)。當(dāng)電極結(jié)構(gòu)和薄膜確定之后,式中A、Pm、L、n等均為常數(shù)。令K=nFA(Pm/L),則上式中:i∞=KCs。
  因此可見,只要測(cè)得擴(kuò)散電流i∞,即可測(cè)得溶解氧濃度。為消除溫度、鹽度和氣壓因素影響,各型號(hào)產(chǎn)品采用各自技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。原電池型(GalvanicCell):當(dāng)外界氧分子透過薄膜進(jìn)進(jìn)電極內(nèi)相到達(dá)陰極的三相界面時(shí),產(chǎn)生下式反應(yīng)。
  陰極被還原:O22H2O4e→4OHˉ同時(shí),鉛陽極被氧化:2Pb2KOH4OHˉ-4e→2KHPbO22H2O即:氧在銀陰極上被還原為氫氧根離子,并同時(shí)向外電路獲得電子;鉛陽極被氫氧化鉀溶液腐蝕,生成鉛酸氫鉀,同時(shí)向外電路輸出電子。接通外電路之后,便有信號(hào)電流通過,其值與溶氧濃度成正比。
  其工作原理主要就是通過氧透過隔膜被工作電極還原,產(chǎn)生與氧濃度成正比的擴(kuò)散電流,通過測(cè)量此電流,得到水中溶解氧的濃度。根據(jù)濃度不同,隔膜電極分為極譜式和原電池式兩種類型。極譜式隔膜電極以銀-氯化銀作為對(duì)電極,電極內(nèi)部電解液為氯化jia,電極外部為厚度25-50μm的聚乙烯和聚四氟乙烯薄膜,薄膜擋住了電極內(nèi)外液體交流,使水中溶解氧滲入電極內(nèi)部,兩電極間的電壓控制在0.5-0.8V,通過外部電路測(cè)得擴(kuò)散電流可知溶解氧濃度。原電池式用銀作陽電極,鉛作陰電極。陽電極和銀電極浸入氫氧化鉀電解池中,形成兩個(gè)半電池,外層同樣用薄膜封住。溶解氧在陽極被還原,產(chǎn)生擴(kuò)散電流,通過測(cè)定擴(kuò)散電流可得溶解氧濃度。

 

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