水中臭氧浓度的检测方法

  (1.河海大学机电:】:程学院,江苏常州213022;2.河海大学计算机及信息工程学院,江苏常州213022)

  于电位法是通过拟合函数曲线得到臭氧浓度的.因此其测量精度依赖于测量点的拟合曲线.实际上.臭氧浓度的拟合曲线是分段函数,不同浓度段的指数函数的具体参数会不一样.具体应用时只需针对所测臭氧浓度的范围进行建模和拟合即可.具有一定的灵活性.

  时,测量结果的精度在±l%以内.但其易受氧化剂(如NO、C1:等)的干扰,在重要检测时应来自少其他氧化物质的影响.碘量法检测属于手工操作,因此测量的精度与操作者经验、操作的流程、所需的化学物质及实验仪器设施有关.且不适宜连续在线测量的场合.碘量法大多数都用在不含其他氧化剂的清水中臭氧浓度的测量,测量范围一般为0.5~20mg/L,适合于实验检测和工艺过程检测.在无其他产色离子的情况下,利用碘或三碘化物离子可观测到约100¨g/L的臭氧浓度.采用还原剂(如硫代硫酸钠或苯基砷氧化物)来滴定碘可提高测量的精度:在测量低浓度臭氧时,加入0.1mol的硼酸缓冲液可降低测量误差.

  ,=Ioexp(-klc)(5)式中:,o为入射光束的辐射强度;,为光束穿透样品(气体或液体)后的强度;Z为通过样品光程的长度:c为样品内吸收物质的量浓度:k为吸收物质对该光线(有色)2KOH(2)

  使用电位法测得的信号是氧化还原电位,因此必须在试验的基础上建立数学模型.将测得的电位转换成相应的臭氧浓度,从式(7)可以推导出,臭氧浓度与氧化还原电位间呈如下指数关系[10l:

  p(03)=Aexp(BE唧)(8)式中:A、B是待定参数,需要经过试验获得;‰是测得的氧化还原电位.

  在含有氧化剂的水中放入一对电极.在阴阳极之间加一固定的极化电压,溶解的氧化剂在到达阴极表面后会被还原,产生与氧化剂浓度成正比的扩散电流[11].若氧化剂为臭氧.则扩散电流可用下式表示E12]:

  I=Kp(03)(9)式中:,为扩散电流:K为常数.由装置本身的性能决定.

  当水样中无氧化剂存在时,阴阳极之间形成的电池为一层氢所极化.并有一股极小的电流通过.

  受标准色管和标准色盘的限制,比色法的检验测试范围一般为0~5mg/L.比色法测量结果的相对误差较大(一般为5%一10%),而且标准色管不能久存,需要在测定时临时配制.但其仪器简单,操作简单便捷,具有体积小、重量轻、携带方便等特点,所有试剂及附件均内置,无需另行准备,分析费用低,如同一个便携式实验室,可实时实地进行常规水质检测;正常的情况下,2~lOmin就可以完成一次水样的分析,适宜于大批试样的分析[4].比色法要求水样中不能存在别的使显色试剂显色的化学物质.否则有测量误差.而且测试结果受外因和人的因素的影响较大.如光线的强弱、检验者对色彩的敏感程度等都会对测试的结果产生影响.在应用中,臭氧测试盒能根据比色法快速得到可靠的结果,测量灵敏度在25呶,L,且比色管内液层的厚度越厚,观察颜色的灵敏度就较高.由于比色法不要求有色溶液严格服从比耳定律.因而可大范围的应用于对准确度要求不高的常规分析.在目视比色法基础上发展起来的光电比色法克服了目视比色法的一些缺点‘.其智能化的测量过程提高了测量精度.光电比色法首先在设定的波长处测定对照品和试验样品溶液的吸收度.然后根据吸收度与相应的浓度标准曲线求出臭氧浓度.国外利用此法做成仪器,配制标准工具与药品作为现场抽检使用.

  03H202e_0220H一(6)电位法利用氧化还原复合电极检测水中氧化还原的电位变化,应用能斯特(Nernst)方程和拟合函数曲线计算出水中臭氧的浓度.能斯特方程为阴

  E=Eo2.303RTlg(a。/口州)/(nF)(7)式中:E为金属电极表面的电动势,mV;晶为由参考电极特性决定的常数,mV;丁为热力学温度,K;R为摩尔气体常数,8314.5(J·mol一·K一);n为在氧化还原过程中的得失电子数;F为法拉第常数,96485(C·tool一-); o。为氧化剂的物质活度;o剃为还原剂的物质活度.

  在水处理应用中.选择波长为254am的紫外光和适当的紫外光光程.能够在较大范围内精确测量臭氧浓度.由于特定波长紫外分光光度法对臭氧的吸收具有选择性.因此该方法几乎不受水中其他氧化剂的干扰.但

  1.光镜;2-游移镜;3-测量光束;4-参照光束;5-测量皿; 6一参照mr;7-光电池:8一放大器;9一光栅传动装置;】O-光栅; 11一刻度盘;12一测样引入;13-过滤器;14一脱臭氧化槽

  比色法根据臭氧与不同化学试剂的显色或脱色反应程度来确定臭氧浓度.国内检测瓶装水的臭氧浓度常以碘化钾(KI)或邻联甲苯胺([C6H,(CH,)NH:]:)作为比色液.通过样品显色液与标准色管或者标准色盘的颜色比较.确定样品的臭氧浓度.

  首先配制标准色管或制作标准色盘.标准色管一般由6根装有代表不同臭氧浓度的有色溶液的试管组成;标准色盘则是在透明的圆盘上印制代表不同臭氧浓度的由浅到深的某种颜色的连续弧形色带.测量时,首先在特定的试管中加入待测水样.然后加入一定量的显色试剂使水样显色。最后与标准色管或标准色盘的颜色对比.读出相应的臭氧浓度.

  紫外分光光度法可实现连续在线],具有检测精度高、稳定性高等优点,极少受其他氧化剂的干扰,

  摘要:目前检测水中臭氧浓度的方法很多,为使检测的新方法的选择有章可循,详细论述了应用碘量法、比色法、紫外分光光度法、电位法和电量法检测水中臭氧浓度的原理和方法.从检测精度、连续性、水质要求和技术经济等方面考虑,分析了各种检测的新方法的特点及其适用场合,指出在具体应用时应根据检测的新方法的特点、对检测精度的要求和检测现场的真实的情况.选择适当的检测方法.

  其灵敏度不及碘量法.根本原因是测样中溶解的有机物和无机物会像臭氧一样吸收同一或相近波长的紫外光;另外水中悬浮状态的颗粒也会影响测量精度.当浊度水平为30NTU以上时.就不可以使用紫外分光光度法,因此该方法常用于澄清的水样.用紫外分光光度法检测水中臭氧浓度时,测量范围在1.2~12mg/L[71.它的灵敏度高于传统的硫代硫酸钠标准溶液滴定法.为克服因臭氧易分解而使标准液难以准确定量的不足.可采用改进的紫外分光光度法.改进的紫外分光光度法用含有碘化钾的硼酸溶液L8]置换出碘.并用置换f{-j的碘作为与之相当量的臭氧标准.由此计算出臭氧浓度.改进方法同时也避免了样品中有几率存在的氧化性物质对测量结果的正干扰,以及有几率存在的还原性物质对测量结果的负干扰.因此改进方法的精密度、准确度均较高,而且分析快速。结果满意.

  臭氧在短波紫外区(200~300nm)吸收哈特雷波段紫外光.当波长为253.7nm时具有最大的吸收值.且臭氧吸收系数为302.4(L·om一·mol一),因此在,、lo、k、Z已知的情况下,便可由式(5)求得臭氧浓度.

  用于臭氧分析的紫外分光光度计一般都采用双光柱法,并且带有光和温度效应的附加补偿。其结构如图1所示.光度计的参照光柱读数是试样内不含臭氧时的数值.将测样的吸收率信号同参照光柱的吸收率信号相比.就可得出水中的臭氧浓度[53.

  电位法测量仪器是通过参比电极、指示电极和测量电路构成的回路来测量电极电位的.由于氧化还原电极具备极高的电阻,输出信号较弱,因此在后续的处理中需要配置带有温度自动测定和具有补偿功能的高输入阻抗放大器.

  采用电位法测量臭氧浓度,具有简单、快捷、测量范围宽等优点,可连续在线检测,尤其是在对自动化要求比较高的场合[8].使用时必须要格外注意氧化还原电极的选择及维护.考虑到臭氧溶于水容易在铂电极表明产生络合作用,干扰电极电位的测量。因此常选用金电极作测量电极.装有金.铜电极电池的测量仪器.其检验测试灵敏度可达200斗g/L.由于电位法测得的是水溶液中氧化还原的电位,因此当水溶液中含有其他氧化剂时,测得的是溶液中“氧化剂”的总和,而不是单纯的臭氧浓度,测量范围在0~20mg/L,测量精度在±8%.由

  将一定浓度的碘化物溶液滴人含臭氧的水样中,碘化物被氧化成碘,同时臭氧还原成氧,反应式为

  碘量法测量时一般都会采用碘化钾(KI)溶液,水中溶解的臭氧与碘化钾反应游离出碘,在反应结束后首先对溶液酸化;然后用O.10tool,L的硫代硫酸钠(Na2S:0。)标准溶液辅以淀粉溶液作为指示剂,对游离碘滴定,滴定的终点可根据加入淀粉形成的碘.淀粉复合液深蓝色的消失来确定:最后根据硫代硫酸钠标准溶液的消耗量计算出臭氧浓度.其反应式为

  碘量法显色直观,不需要贵重仪器,不但检验测试灵敏度高达2pg/L,而且检测精度也较高,当p(03)≥3mg/L

  作者简介:石晓荣(1981一),男,浙江新昌人。硕士研究生,机械电子工程专业

  臭氧(O,)是一种强氧化消毒剂,常用于水处理、食品加工、医疗卫生等领域…,具体应用时必须测量臭氧浓度(本文中按行业习惯,凡臭氧浓度无特殊说明均指臭氧的质量浓度)以满足应用需要.臭氧浓度太低.则不但处理时间长而且达不到理想的处理效果;浓度太高则会造成不必要的浪费,还会引起副作用.目前·,水中臭氧浓度常用的检测的新方法主要有碘量法、比色法、紫外分光光度法、电位法和电量法.碘量法和比色法属于化学法,紫外分光光度法属于物理法,电位法和电量法属于电化学法.本文从测量原理、测量方法、特点和应用场合等方面对各种检测的新方法进行了详细论述.为具体应用时.方法的选择提供相关依据.