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臭氧濃度的測定方法
發布時間:2020-03-12   點擊次數:334次

臭氧已經應用100多年,臭氧檢測技術已經發展了化學法、光學法、電化學法,熱化學法等,研製推廣了多種檢測儀器和裝置。根據濃度範圍、要求精度與應用領域,選擇不同的測定方法。常用方法與儀器、裝置介紹如下。

 

(一)、化學法

1、碘量法
碘量法是一種氧化還原滴定法,以碘作為氧化劑,或以碘化物(如碘化鉀)作為還原劑進行滴定的方法,用於測定物質含量。極微量的碘與多羥基化合物澱粉相遇,也能立即形成深藍色的配合物,這一性質在碘量法中得到應用。

碘量法分為直接碘量法和間接碘量法,其中間接碘量法有分為剩餘碘量法和置換碘量法。 

碘量法可用於測定水中遊離氯、總氯、溶解氧,氣體中硫化氫,食品中維C、葡萄糖等物質的含量。因此碘量法是環境、食品、醫藥、冶金、化工等領域zui為常用的監測方法之一。

 

碘量法是zui常用的臭氧測定方法,我國和許多國家均把此方法作為測定氣體臭氧的標準方法。我國建設部發布的《臭氧發生器臭氧濃度、產量、電耗的測量》標準CJ/T3028.2-94中及規定是用碘量法。

其原理為強氧化劑臭氧(O3)與碘化鉀(KI)水溶液反應生成遊離碘(I2),臭氧同時還原為氧氣。

反應式為:

O3+2KI+H2O →O2+I2+2KOH

遊離碘顯色,依在水中濃度由低至高呈淺黃色至棕紅色。
 

利用硫代硫酸鈉(Na2S2O3)標準液滴定,遊離I2變為碘化na(NaI),反應終點為完全褪色止。

反應式為:

I2+2Na2S2O3 →2NaI+Na2S4O6

二反應式建立起O3反應量與Na2S2O3消耗量的定量關係比為:1molO3:2molNa2S2O3

則其臭氧濃度Co3=ANa*B*24000/V0(mg/L)
 

式中Co3-臭氧濃度,mg/L;ANa-硫代硫酸鈉標準也用量,mL;B-硫代硫酸鈉標準液濃度,mol/L;V0-臭氧化氣體取樣體積,mL。

操作程序及方法參照標準CJ/T3208.2-94。
 

測定標準型發生器濃度很方便,臭氧化氣體積用流量計計數,Na2S2O3濃度一般配製為0.100mol/L,測定精度可達到 ±1%。
 

測定空氣中臭氧濃度時,應用大氣采樣器抽氣定量。為保證測定精度Na2S2O3配為0.010mol/L。
 

測定水溶臭氧濃度亦可用此公式計算,隻是V0代表采水量,取1000mL。Na2S2O3濃度為0.010mol/L。
 

碘量法優點為顯色直觀,不需要貴重儀器。缺點是易受其它氧化劑如NO、Cl2等物質幹擾。在重要檢測時應減除其它氧化物質的影響。

 

碘量法的誤差來源,如何避免?
 

(1)碘量法的誤差來源主要有兩方麵 :

    ①I2易揮發;

    ②在酸性溶液中I-容易被空氣中的氧氧化。

 

(2)為減小誤差,應采取的適當措施如下 :

    ①防止I2揮發的方法 :

    a. 加入過量的KI(一般比理論值大2~3倍),由於生成了I3-而減少了I2的揮發;

    b. 反應時溶液的溫度不能高,一般在室溫下進行;

    c. 滴定時不要劇烈搖動溶液,使用帶塞的錐形瓶(碘瓶)。 

    ②防止I-被O2氧化的方法

    a. 溶液酸度不宜太高,因增加酸度,會增加I-氧化的速度。

    b. Cu2+,NO2-等催化O2對I-的氧化應設法消除其影響。日光有催化作用,應避免陽光直接照射。

    c. 析出I2後,不能讓溶液放置過久。 

    d. 滴定速度適當快些。

 

影響因素

(1)適用 pH 2 ~ 9:澱粉指示劑在弱酸介質中zui靈敏,pH>9時,I2易發生歧化反應,生成IO、IO3, 而IO、IO3不與澱粉發生顯色反應,當pH<2時,澱粉易水解成糊精,糊精遇I2顯紅色,該顯色反應可逆性差。

(2)使用直鏈澱粉:直鏈澱粉必須有碘一價負離子的存在,才能遇碘變藍色;支鏈澱粉遇碘顯紫色,且顏色變化不敏銳。

(3)50%乙醇存在時不變色:醇類的存在降低指示劑的靈敏度,在50%以上的乙醇中,澱粉甚至不與碘發生顯色反應。

(4)隨著溫度的升高,澱粉指示劑變色的靈敏度降低。

(5)大量電解質存在的情況下,也會使其靈敏度降低甚至失效。

(6) 澱粉指示劑在用前配製,不宜久存,若在澱粉指示劑中加入少量碘化gong或氯化鋅,甘油、甲酰胺等防腐劑,可延長貯存時間。配製時將澱粉混懸液煮至半透明,且加熱時間不宜過長,並應迅速冷卻至室溫。

2、比色法

是根據臭氧與不同的化學試劑的顯色或脫色反應程度以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比色。此方法多用於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、鄰邦甲苯胺等比色液的,簡單方式利用檢測樣品顯色液與標準色管比較,確定測樣臭氧溶解度值(0.05-0.8mg/L),精確些則利用分光光度計檢測吸收率。
 

國外利用此法作成儀器,配備標準工具與藥品作為現場抽樣使用,很方便。如美國HACH公司、日本荏原公司的DPD(二乙基對本二胺)比色盤,範圍為0.05-2.0mg/L。美國HACH公司微型比色儀,利用靛蘭染料脫色反應,600nm波長比色,0.05-0.75mg/L濃度數字顯示,精度±0.01mg/L。
 

比色法同樣受其它氧化劑幹擾,靛蘭比色所受幹擾較少。
 

3、檢測管

將臭氧氧化可變色試劑浸漬在載體上作為反應劑封裝內徑的玻璃管內做成檢測管,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Drager公司、日本荏原公司及我國都生產臭氧檢測管,濃度範圍分為高(1000ppm)、中(10ppm)、低(3pmm)三種,檢測空氣臭氧濃度。使用簡便,但精度低,為±15%,隻適用於現場使用。

 

(二)紫外吸收法

原理為臭氧對波長 λ=254nm紫外光具有zui大吸收稀疏,在此波長下紫外光通過臭氧層會產生衰減,符合蘭波特-比爾(Lambert--Beer)定律: I=Ioe-klc :Io-無臭氧存在時入射光強度;I-光束穿透臭氧後的光強度;L-臭氧樣品池光程長度;C-臭氧濃度;K-臭氧對光波長吸收係數。
 

根據該公式,在K、L值已知條件下,通過檢測I/Io值即可測出臭氧濃度C值來。
 

紫外吸收法已被美國等國家作為臭氧分析的標準方法。
 

按應用分為檢測空氣臭氧與檢測水溶臭氧兩種。均可連續在線檢測,數字顯示並可記錄打印。優點為檢測精度高,穩定性好,其它氧化劑幹擾小。缺點為價格較高。

由於沿麵放電型的充氣管與陶瓷片臭氧發生裝置產生氮氧化物含量較高,應采用紫外法檢測其臭氧濃度。

臭氧紫外檢測(分析)儀作為現代技術產品,具有完備的起提處理、光-電轉換、數據計算、分析及記錄功能。有0-10ppm、0-100pmm兩種產品。美、日、德等國家都有多種規格紫外分析儀生產,檢測量zui高為20mg/L。

 

(三)電化學法

臭氧電化學法檢測儀器主要用於水溶臭氧濃度在線連續檢測控製,作為工藝控製裝置即便於調整臭氧化處理指標處於zuijia值又可降低運行費用。

電化學法測定原理為水中臭氧在電化表麵產生電化學還原作用:O3+H2O+2e- →O2+2(OH-)

電化回路中電流特性曲線與溶液中分子臭氧的濃度成正比。

較早應用的是電位測量,即利用氧化還原(Redox)複合電極通過檢測水中氧化還原電位變化而對應計算出溶解臭氧濃度。專用裝置內部分析運算處理直接數字顯示,如美國CLEAN公司的DOZ5500臭氧溶解測定控製儀;隻使用Redox電極可先檢測水的電位,再通過曲線查出對應的臭氧濃度。

最近國際廣泛應用的“膜電極”溶解臭氧檢測儀,具有更好的臭氧選擇性與精度,具有0-20ppm的廣量程,是水處理部門在線檢測、控製較為理想的儀器,價格也比紫外臭氧分析儀便宜。

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