溶解氧監測儀是測定水中溶解氧的裝置儀器,主要用于測定溶解在水中的氧氣濃度或飽和度。便攜型體積小、結構簡單、使用方便,廣泛用于與水質分析相關的領域,例如教學、科研、化驗室等。
下面,就讓我們一起來了解一下溶解氧監測儀的運行原理是什么吧。
常見的溶解氧監測儀多采用隔膜電極作換能器,將溶氧濃度(實際上是氧分壓)轉換成電信號,再經放大、調整(包括鹽度、溫度補償) ,由模數轉換顯示。測定溶解氧實用的膜電極有兩種類型:
極譜型(Polarography)和原電池型(Galvanic Cell)。 極譜型(Polarography) :電極中,由黃金(Au)環或鉑(Pt)金環作陰極;銀-氯化銀(或汞-氯化亞汞)作陽極。電解液為氯化鉀溶液。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。當溶解氧透過薄膜到達黃金陰極表面,在電極上發生如下反應。
陰極被還原:O2 2H2O 4e→4OHˉ ; 同時,陽極被氧化:4Clˉ 4Ag-4e→4AgCl ;在正常情況下,上述還原-氧化反應產生的擴散電流 i∞之值與溶氧濃度成正比??捎孟率奖硎?
i∞=nFA(Pm/L)Cs 式中:i∞-穩定狀態的擴散電流 n-得失電子數 ;F-法拉第常數(96500庫侖) ;A-陰極表面積(平方厘米);Pm-薄膜的滲透系數(厘米 2/秒) ;L-薄膜的厚度(厘米) ;Cs-溶解氧濃度(ppm) 。當電極結構和薄膜確定之后,式中 A、Pm、L、n等均為常數。令 K= nFA(Pm/L) ,則上式中:i∞=KCs。
因此可見,只要測得擴散電流 i∞,即可測得溶解氧濃度。為消除溫度、鹽度和氣壓因素影響,各型號產品采用各自技術進行補償。原電池型(Galvanic Cell):當外界氧分子透過薄膜進進電極內相到達陰極的三相界面時,產生下式反應。
銀陰極被還原:O2 2H2O 4e→4OHˉ 同時,鉛陽極被氧化:2Pb 2KOH 4OHˉ-4e→2KHPbO2 2H2O 即:氧在銀陰極上被還原為氫氧根離子,并同時向外電路獲得電子;
鉛陽極被氫氧化鉀溶液腐蝕,天生鉛酸氫鉀,同時向外電路輸出電子。接通外電路之后,便有信號電流通過,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,產生與氧濃度成正比的擴散電流,通過測量此電流,得到水中溶解氧的濃度。根據濃度不同,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-氯化銀作為對電極,電極內部電解液為氯化鉀,電極外部為厚度25-50μm的聚乙烯和聚四氟乙烯薄膜,薄膜擋住了電極內外液體交流,使水中溶解氧滲入電極內部,兩電極間的電壓控制在0.5-0.8V,通過外部電路測得擴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,形成兩個半電池,外層同樣用薄膜封住。溶解氧在陽極被還原,產生擴散電流,通過測定擴散電流可得溶解氧濃度。