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每日一学:便携式溶解氧测定仪的工作原理

更新时间:2021-08-23 浏览:3342次

 溶解氧测定仪是测定水中溶解氧的装置仪器,主要用于测定溶解在水中的氧气浓度或饱和度。便携型体积小、结构简单、使用方便,广泛用于与水质分析相关的领域,例如教学、科研、化验室等。

  便携式溶解氧测定仪的工作原理
  常见的溶解氧测定仪多采用隔膜电极作换能器,将溶氧浓度(实际上是氧分压)转换成电信号,再经放大、调整(包括盐度、温度补偿),由模数转换显示。测定溶解氧使用的膜电极有两种类型:极谱型(Polarography)和原电池型(GalvanicCell)。极谱型(Polarography):电极中,由黄金(Au)环或铂(Pt)金环作阴极;银-氯化银(或汞-氯化亚汞)作阳极。电解液为lu化钾溶液。阴极外表面覆盖一层透氧薄膜。薄膜可采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、硅橡胶等透气材料。阴阳两电极之间外加0.5~1.5伏的极化电压。有的极化电压为0.7伏。当溶解氧透过薄膜到达黄金阴极表面,在电极上发生如下反应。
  阴极被还原:O22H2O4e→4OHˉ;同时,阳极被氧化:4Clˉ4Ag-4e→4AgCl;在正常情况下,上述还原-氧化反应产生的扩散电流i∞之值与溶氧浓度成正比。可用下式表示:
  i∞=nFA(Pm/L)Cs式中:i∞-稳定状态的扩散电流n-得失电子数;F-法拉第常数(96500库仑);A-阴极表面积(平方厘米);Pm-薄膜的渗透系数(厘米2/秒);L-薄膜的厚度(厘米);Cs-溶解氧浓度(ppm)。当电极结构和薄膜确定之后,式中A、Pm、L、n等均为常数。令K=nFA(Pm/L),则上式中:i∞=KCs。
  因此可见,只要测得扩散电流i∞,即可测得溶解氧浓度。为消除温度、盐度和气压因素影响,各型号产品采用各自技术进行补偿。原电池型(GalvanicCell):当外界氧分子透过薄膜进进电极内相到达阴极的三相界面时,产生下式反应。
  阴极被还原:O22H2O4e→4OHˉ同时,铅阳极被氧化:2Pb2KOH4OHˉ-4e→2KHPbO22H2O即:氧在银阴极上被还原为氢氧根离子,并同时向外电路获得电子;铅阳极被氢氧化钾溶液腐蚀,生成铅酸氢钾,同时向外电路输出电子。接通外电路之后,便有信号电流通过,其值与溶氧浓度成正比。
  其工作原理主要就是通过氧透过隔膜被工作电极还原,产生与氧浓度成正比的扩散电流,通过测量此电流,得到水中溶解氧的浓度。根据浓度不同,隔膜电极分为极谱式和原电池式两种类型。极谱式隔膜电极以银-氯化银作为对电极,电极内部电解液为氯化jia,电极外部为厚度25-50μm的聚乙烯和聚四氟乙烯薄膜,薄膜挡住了电极内外液体交流,使水中溶解氧渗入电极内部,两电极间的电压控制在0.5-0.8V,通过外部电路测得扩散电流可知溶解氧浓度。原电池式用银作阳电极,铅作阴电极。阳电极和银电极浸入氢氧化钾电解池中,形成两个半电池,外层同样用薄膜封住。溶解氧在阳极被还原,产生扩散电流,通过测定扩散电流可得溶解氧浓度。

 

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