溶解氧測量的原理及方法
點擊: 次 時間:2019-12-13 15:55
空氣中的分子態(tài)氧溶解在水中稱為溶解氧。水中的溶解氧的含量與空氣中氧的分壓、水的溫度都有密切關(guān)系。在自然情況下，空氣中的含氧量變動不大，故水溫是主要的因素，水溫愈低，水中溶解氧的含量愈高。溶解于水中的分子態(tài)氧稱為溶解氧，通常記作DO，用每升水里氧氣的毫克數(shù)表示。水中溶解氧的多少是衡量水體自凈能力的一個指標。下面簡單介紹一下溶解氧測量的原理及方法
溶解度取決于溫度、壓力和水中溶解的鹽
一、溶解氧分析儀測量原理氧在水中的溶解度取決于溫度、壓力和水中溶解的鹽。溶解氧分析儀傳感部分是由金電極(陰極)和銀電極(陽極)及氯化鉀或氫氧化鉀電解液組成，氧通過膜擴散進入電解液與金電極和銀電極構(gòu)成測量回路。當給溶解氧分析儀電極加上0.6～ 0.8V 的極化電壓時，氧通過膜擴散，陰極釋放電子，陽極接受電子，產(chǎn)生電流，整個反應(yīng)過程為：陽極 Ag+Cl→AgCl+2e- 陰極 O2+2H2O+4e→4OH- 根據(jù)法拉第定律：流過溶解氧分析儀電極的電流和氧分壓成正比，在溫度不變的情況下電流和氧濃度之間呈線性關(guān)系。
表示方法
二、溶解氧含量的表示方法溶解氧含量有3 種不同的表示方法：氧分壓(mmHg)；百分飽和度(%)；氧濃度(mg/L 或10-6)，這3 種方法本質(zhì)上沒什么不同。
(1)分壓表示法：氧分壓表示法是*基本和*本質(zhì)的表示法。根據(jù)Henry 定律可得，P=(Po2+P H2O )×0.209，其中，P 為總壓；Po2 為氧分壓(mmHg)；P H2O 為水蒸氣分壓；0.209 為空氣中氧的含量。
(2)百分飽和度表示法：由于曝氣發(fā)酵十分復(fù)雜，氧分壓不能計算得到，在此情況下用百分飽和度的表示法是*合適的。例如將標定時溶解氧定為100%，零氧時為0%，則反應(yīng)過程中的溶解氧含量即為標定時的百分數(shù)。
(3)氧濃度表示法：根據(jù)Henry 定律可知氧濃度與其分壓成正比，即：C=Po2 ×a，其中C 為氧濃度(mg/L)；Po2 為氧分壓(mmHg)；a 為溶解度系數(shù)(mg/mmHg·L)。溶解度系數(shù)a 不僅與溫度有關(guān)，還與溶液的成分有關(guān)。對于溫度恒定的水溶液，a 為常數(shù)，則可測量氧的濃度。氧濃度表示法在發(fā)酵工業(yè)中不常用，但在污水處理、生活飲用水等過程中都用氧濃度來表示。
影響溶解氧測量的因素
三、影響溶解氧測量的因素氧的溶解度取決于溫度、壓力和水中溶解的鹽，另外氧通過溶液擴散比通過膜擴散快，如流速太慢會產(chǎn)生干擾。
1. 溫度的影響由于溫度變化，膜的擴散系數(shù)和氧的溶解度都將發(fā)生變化，直接影響到溶氧電極電流輸出，常采用熱敏電阻來消除溫度的影響。溫度上升，擴散系數(shù)增加，溶解度反而減小。溫度對溶解度系數(shù)a 的影響可以根據(jù)Henry 定律來估算，溫度對膜擴散系數(shù)β可以通過阿侖尼烏斯定律來估算。
(1)氧的溶解度系數(shù)：由于溶解度系數(shù)a 不僅受溫度的影響，而且受溶液的成分的影響。在相同氧分壓下，不同組分的實際氧濃度也可能不同。根據(jù)亨利定律可知氧濃度與其分壓成正比，對于稀溶液，溫度變化溶解度系數(shù)a 的變化約為2%/ ℃。
(2)膜的擴散系數(shù)：根據(jù)阿侖尼烏斯定律，溶解度系數(shù)β與溫度T 的關(guān)系為： C=KPo2·exp(-β/T)，其中假定K、Po2 為常數(shù)，則可以計算出β在25℃時為2.3%/ ℃。當溶解度系數(shù)a 計算出來后，可通過儀表指示和化驗分析值對比計算出膜的擴散系數(shù)(這里略去計算過程)，膜的擴散系數(shù)在25℃時為1.5%/℃。
2. 大氣壓的影響根據(jù)Henry 定律，氣體的溶解度與其分壓成正比。氧分壓與該地區(qū)的海拔高度有關(guān)，高原地區(qū)和平原地區(qū)的差可達20%，使用前必須根據(jù)當?shù)卮髿鈮哼M行補償。有些儀表內(nèi)部配有氣壓表，在標定時可自動進行校正；有些儀表未配置氣壓表，在標定時要根據(jù)當?shù)貧庀笳咎峁┑臄?shù)據(jù)進行設(shè)置，如果數(shù)據(jù)有誤，將導(dǎo)致較大的測量誤差。
3. 溶液中含鹽量鹽水中的溶解氧明顯低于自來水中的溶解氧，為了準確測量，必須考慮含鹽量對溶解氧的影響。在溫度不變的情況下，鹽含量每增加100mg/L，溶解氧降低約1%。如果儀表在標定時使用的溶液的含鹽量低，而實際測量的溶液的含鹽量高，也會導(dǎo)致誤差。在實際使用中必須對測量介質(zhì)的含鹽量進行分析，以便準確測量及正確補償。
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