空气中臭氧怎么检测?

我有个课题需要检测空气中的臭氧,谁知道权威的正确的可行的检测方法啊?要详细一点...

K-EP60大气环境监测站即微型空气质量在线监测系统,集成多类环境检测传感器,实现实时监测气象参数(温度、湿度、大气压、风速、风向)与空气八因子(PM2.5、PM10、CO、NOx、SO2、O3、VOC、可定制气体)指数。本监测站使用太阳能电池供电,并使用锂电池进行能源储备,保证数据采集全天候进行。大气环境监测站采集到现场数据通过无线3G/4G或有线网络将监测数据传输至监测平台,多台监测站分布于某片区域,组成一个有效的监测网络,并把数据通过监控平台展现给管理方,方便管理方制定环保决策。



型号    K-EP60    

检测内容    CO、CO2、SO2、NO2、O3、PM2.5、PM10等,也可定制监测气体    

系统构成    气体污染物(SO2,NO2,CO,O3,VOC)监测、颗粒物(PM2.5、PM10)、气象(风速、风向、温度、湿度、大气压)监测单元、无线数据通信单元和LED大屏显示    

供电方式    市政220V供电或者太阳能供电    

通讯方式    4G、RS485、蓝牙等    

电池续航    无外接电源可连续工作24H以上    

网络通讯功能    HJ212通信协议、远程升级、远程自动校准、断网数据续传    

绝缘强度    ≥20MΩ    

外壳防护等级    IP54    

尺寸    1020x540x120mm    

电源供电    AC220V/50Hz    

工作环境    温度-25~55℃    

相对湿度<85%    

显示材质    全屏数值选用LED户外P10单元板,模组尺寸320*160mm、点距10mm,点直径10mm、模组颜色为红色显示    

箱体材质    选用铁质白色静电喷涂,厚度12厘米,正面边3厘米    

显示屏分辨率    96×48(可显示4行8列汉字)    

翻页频率    每5秒翻页1次屏幕显示    

安装方式    1.采用挂墙方式安装    

2.出现方式在显示屏下方防雨接头直接从显示屏内部引出    

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第1个回答  推荐于2017-11-23
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氧浓度检测方法大致可分为“化学分析法”、“物理分析法”、“物理化学分析法”三类。

1.化学检测法

1.化学检测法

1.1 碘量法

碘量法是最常用的臭氧测定方法,我国和许多国家均把此法作为测定气体臭氧的标准方法,我国建设部发布的《臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量》标准 CJ/T 3028.2 — 94 中即规定使用碘量法。其原理为强氧化剂臭氧( O 3 )与碘化钾( KI )水溶液反应生成游离碘( I 2 )。臭氧还原为氧气。反应式为:

O 3 + 2KI + H 2 O → O 2 + I 2 + 2KOH

游离碘显色,依在水中浓度由低至高呈浅黄至深红色。

利用硫代硫酸钠( NaS 2 O 3 )标准液滴定,游离碘变为碘化钠( NaI ),反应终点为完全褪色止。反应式为:

I 2 + 2Na 2 S 2 O 3 → 2NaI + NaS 4 O 6

两反应式建立起 O 3 反应量与 NaS 2 O 3 消耗量的定量关系为 1molO 3 : 2mol NaS 2 O 3 ,则臭氧浓度 C O3 计算式为:

C O3 =40x3x1000/1000 ( mg/L )

式中:

C O3 ——臭氧浓度, mg/L ;

A Na ——硫代硫酸钠标准液用量, ml ;

B ——硫代硫酸钠标准液浓度, mol/L ;

V 0 ——臭氧化气体取样体积, ml 。

操作程序及方法参照标准 CJ/T3028.2 — 94 。

测定标准型发生器浓度很方便。臭氧化气体积用流量计计数, NaS 2 O 3 浓度一般配制为 0.100mol/L ,测定精度可达± 1% 。

测定空气中臭氧浓度时,应用在气采样器抽气定量。为保证测定精度, NaS 2 O 3 配为 0.10mol/L 。

测定水溶臭氧浓度亦可用此公式计算,只是 V 0 代表采水量,取 1000ml 。 NaS 2 O 3 浓度为 0.10mol/L 。

碘量法优点为显色直观。不需要贵重仪器。缺点是易受其氧化剂如 NO 、 CI 2 等物质的干扰,在重要检测时应减除其它氧化物质的影响。

1.2 比色法

比色法是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的方法。按比色手段分为人工色样比色与光度计色 . 此法多用于检测水溶解臭氧浓度 .

国内检测瓶装水臭氧溶解浓度有使用碘化钾、邻联甲胺等比色液的。其方式是利用检测样品显色液管相比较,确定测样臭氧溶解度值( 0.05~0.08mg/L ) , 要求精确的,则利用分光光度计检测。

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,很方便。如美国 HACH 公司、日本荏原公司的 DPD (二己基对苯二胺)比色盘,范围为 0.05~2mg/L 。美国 HACH 公司微型比色仪,利用靛蓝染料脱色反应。在 600nm 波长比色, 0.05~0.75nm/L 浓度数字显示,精度± 0.01nm/L 。受其它氧化剂干扰少。

1.3 检测管

将臭氧氧化可变化试剂浸渍在载体上,作为反应剂封装在标准内径的玻璃管内做成测管,使用时将检测管两端切断,把抽气器接到检测管出气端吸取定量臭氧气体,臭氧浓度与检测管内反应剂柱变色长度成正比,通过刻度值读取浓度值。

德国、日本和我国都生产臭氧检测管,浓度范围分为高( 1000ppm )、中( 10ppm )、低( 3ppm )三种,用于检测空气臭氧浓度,适于现场应用,使用简便,但精度低(为± 15% )。

2.物理方法

物理方法分析臭氧现在在国际上最流行的是紫外线吸收法。它是利用臭氧对 254nm 波长的紫外线特征吸收的特性,依据比尔—郎伯( Beer-Lambert )定律制造出的分析仪器,只要选择合适长度的吸收池,就可以检测 0.002mg/m3~5% ( vol )浓度的臭氧。其线形在 4~5 个数量级内都很好。该法已被我国作为环境空气中测定臭氧的标准方法( GB1/T1154348 )。

紫外线吸收法不但可以适用于检测气体中臭氧浓度,也可以检测水中溶存的臭氧浓度。

紫外线吸收法的仪器在美国、的国、瑞士、日本都有产品。我国北京分析仪器厂于 1985 年引进了美国莫尼特( MONITOR LABS )公司的 ML-8810 型紫外吸收式臭氧分析器,用于环境检测, 1992 年以后又陆续扩展量程到 100ppm 、 1000ppm 。北京超能自控实验技术研究所在 1999 年开发了 ZX-01 系列紫外线吸收式臭氧分析器,其测量范围从 0~10ppm (用于环境检测)、 0~100ppm 、 0~1000ppm 、 0~10000ppm 到 0~25000ppm 。

2.1 紫外线吸收法原理

辐射被某种气体或液体吸收是受朗伯 - 比尔( Lambert Beer )定律控制的:

I = I o e – klc

式中 I o —— 入射光束的强度;

I—— 光束穿透样品(气体或液体)后的强度;

l—— 通过样品光程的长度;

c—— 样品内吸收物质的浓度;

k—— 吸收物质对该光线波长的比吸收系数。

此种检测需要对物质在已知波长下 k 值的精确了解。

2.2 臭氧检测

臭氧吸收短波紫外区( 200~300nm )哈特雷波段紫外光,在 253.7nm 处具有最大吸收(图1 )。在此波长,吸收系数值的范围从 303.9 到 313.2cm -1 · mol -1 · L ( 273K 和 760mmHg ),研究者证实了该值为 302.4cm -1 · mol -1 · L 。

2.3 布朗 - 吕伯

布朗 - 吕伯分析仪(前联邦德国汉堡)的工作原理如图 2 所示。水银灯的辐射经聚光镜聚焦形成平行光束透过测皿照射到光线接收器上,一部分辐射光线被分光镜折射到参比检测用的另一光线接收器上,光强用一可变光栏调节到同一水平。两只光线接受器接在桥式电路内,测皿吸收的光引起桥式电路的不平衡,一只伺服电机供恢复平衡用,其校正动作范围与光吸收相符。该仪器内装有自动零点补偿。当测量空气中臭氧时,通过一只电磁阀将惰性气引入测皿,当检测水中臭氧时,将标准溶液注入测皿。

3. 物理化学方法

3.1 靛蓝二磺酸钠(简称 IDS )分光光度法

其原理是含臭氧的气体在有多孔玻板的吸收管中通过兰色的 IDS 溶液,生成的溶液用分光广度计在 610nm 处测量,通过计算得出臭氧浓度。这种方法操作比较复杂,用于检测环境中臭氧浓度或作为基准用来标定物理方法仪器(低浓度)。

IDS 法也被定为国家标准用来测定环境中的臭氧浓度( GB/T15437 )。

3.2 化学发光法

该法是利用台过量的乙烯(或 NO )与臭氧发生化学发光,用光电倍增管接受发光光强来计算出臭氧的浓度。此法在上世纪七、八十年代很盛行,曾经被美国 ERP 列为环境检测标准方法之一。现已被紫外法所取代。

4.水中臭氧检测方法

测量水中溶存臭氧浓度除了用碘量法和紫外线吸收法之外,近年来国际上普遍采用了一种称之为“膜电极”的电化学方法,它是用一个带有可更换的能渗透臭氧的半透膜的探头和微处理器组成。测量时将探头敏感部分置于臭氧水中,在阴阳极之间加一固定极化电压,溶存的臭氧透过半透膜到达阴极表面并被还原,产生与臭氧浓度成正比的扩散电流,扩散电流大小可用下式表示:

I=KC

式中: I —扩散电流( A )

K —常数

C — O 3 浓度( mg/L )

国外在对各种半透膜材料、电极材料、电解质以及外加电压电位的研究后,制造出一种电流的稳态电压的膜电极,线形和再现性都很好。膜电极法抗干扰能力强、灵敏度高、量程广、可用于在线分析和控制。国际上有越来越广泛地使用膜电极法分析水中臭氧浓度的趋势。美国的 ATI 公司, ROSEMOUNT 公司和瑞士的 ROS 公司都有膜电极罚臭氧分析仪。

5.臭氧浓度单位

近年来我国臭氧产业发展迅速,产品种类繁多,有些产品表达浓度的单位使用混乱,容易被人误解。

5.1 气体中臭氧浓度表示方法

一种是以单位体积内所含臭氧的质量数表示,常用的单位有 mg/L 、 mg/m 3 、 μg/m 3 简称质量浓度,它们的关系是: 1mg/L = 10 3 mg/m 3 = 10 6 μg/m 3

我国各种标准均采用质量浓度。

另一种用 ppm 或 ppb 作为浓度单位,称为体积浓度。 ppm ( parts per million )单位是指在 100 万气体体积中含有臭氧的体积数,在美国、日本等国家习惯使用体积浓度。 1ppm = 10 3 ppb

但是 ppb ( parts per million )的含义不明确。在美国和法国,“ billion ”的意义为十亿( 10 9 ), ppb 意味着十亿分之一( 10 -9 );而在英国和德国,“ billion ”为万亿( 10 12 ), ppb 意味着万亿分之一( 10 -12 )。因此,这是一种容易混淆的表达方式。国际纯粹化学与应用化学协会与 1971 年 7 月作出“不宜采用”的决定。

在我国 ppb 一般指 10 -9 。

也有用体积百分比 % ( vol )和 pphm 来表示体积浓度的,它们的关系式是

1% ( vol ) = 10 4 ppm = 10 6 pphm = 10 7 ppb

两种单位可用下面公式换算:

X ( ppm ) =40x/3x ?A ( mg/m 3 )或 A=3x/40x ?X

式中: A ——以 mg/m 3 表示的臭氧浓度

X ——以 ppm 表示的臭氧浓度

M ——气体的摩尔量(臭氧为 48 )

22.4 —— NPT (标准状态, 273K , 101.3kPa ,即 0 ℃, 760mmHg )的气体摩尔体积

例如,大气中的臭氧含量为 1ppm ,则用 mg/m 3 表示。

A= 40x/3x?X =40x/3x =2.14 ( mg/m 3 )。

在美国、日本和国际全球检测系统内的标准状态是指 298K ( 25 ℃)和 101.3kPa ( 760mmHg )这时的气体体积为 24.45L/mol ,这样

1ppm = 1.963mg/m 3 。

还有一种用重量百分比来表示臭氧的浓度。一般用 % ( wt )表示, % ( wt )的含义是:臭氧的质量 / 含有臭氧气体的质量× 100% 。

这样,在标准状态下

1ppm = 2.14mg/m 3 = 1.66 × 10 -4 % ( wt )

1% ( wt )(空气中) = 12.93g/m 3 = 6042ppm

1% ( wt )(氧气中) =14.3g/m 3 = 6682ppm

空气密度为 1293g/m 3 ,氧气密度为 1430g/m 3 。

5.2 表示水中溶存臭氧的单位有 mg/l 、 g/m 3 和 ppm ( wt )

mg/L ——其含义是臭氧的质量( mg ) / 含有臭氧水的容积( m 3 )

g/m3 ——是臭氧的质量( mg ) / 含有臭氧水的容积( m 3 )

ppm ——是臭氧的质量 / 含有臭氧水的质量× 10 6

1mf/l = 1g/m 3 = 1ppm

6.臭氧检测中应注意事项

6.1 采样管材料应选用抗强氧化的材料,如玻璃、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯;不锈钢材料也尽量少用,以减少采样管中臭氧损耗。

6.2 采样管应尽量短,测量低浓度时一般不要超过 2m 。

6.3 从采样管到检测仪器,不要漏气,否则测量值偏低。

6.4 检测较低浓度(如检测环境)臭氧时,新的聚四氟乙烯管也要充分的进行“臭氧化”,即通过含较高浓度臭氧的气体来稳定采样管内壁。日本荏原公司认为要 20min 以上才能稳定,而美国莫尼特公司要求数小时。

6.5 采样管要定时清洗、吹干。不清洁的采样管会使测量值偏低很多。

6.6 臭氧分析仪要定时进行标定,以保证测量数据可*。

参考资料:http://zhidao.baidu.com/question/16136435.html?si=1

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第2个回答  2010-02-11
根据国家标准,空气中臭氧测定方法主要有靛蓝二磺酸钠分光光度法、紫外光度法和化学发光法。
G.1靛蓝二磺酸分光光度法
G.1.1 相关标准和依据
本方法主要依据GB/T15437 《环境质量 臭氧测定 靛蓝二磺酸分光光度法》。
G.1.2 原理
空气中臭氧,在磷酸盐缓冲溶液存在下,与吸收液中蓝色靛蓝二磺酸钠等摩尔反应,褪色生成靛红二磺酸钠。在610nm处测定吸光度,根据蓝色减褪程度定量空气中臭氧浓度。
G.1.3 测定范围
当采样体积为30L时,最低检出浓度为0.01mg/m3。当采样体积为(5~30)L,时,本法测定空气中臭氧的浓度范围为 0.030~1.200 mg/m3。
G.1.4 仪器
G.1.4.1 采样导管:用玻璃管或聚四氟乙烯管,内径约为3mm,尽量短些,最长不超过2m,配有朝下的空气入口。
G.1.4.2 多孔玻板吸收管: 10mL。
G.1.4.3 空气采样器。
G.1.4.4 分光光度计。
G.1.4.5 恒温水浴或保温瓶。
G.1.4.6 水银温度计:精度为±5℃。
G.1.4.7 双球玻璃管:长10cm,两端内径为6mm,双球直径为15mm。
G.1.5 试剂
除非另有说明,分析时均使用符合国家标准的分析纯试剂和重蒸馏水或同等纯度的水。
G.1.5.1 溴酸钾标准贮备溶液C(1/6KBrO3)=0.1000mol/L:称取1.3918g溴酸钾(优级纯,180℃烘2h )溶解于水,移入500mL容量瓶中,用水稀释至标线。
G.1.5.2 溴酸钾—溴化钾标准溶液C(1/6KBrO3)=0.0100mol/L:吸取10.00mL溴酸钾标准贮备溶液于100mL 容量瓶中,加入1.0g溴化钾(KBr),用水稀释至标线。
G.1.5.3 硫代硫酸钠标准贮备溶液C(Na2S2O3)=0.1000mol/L。
G.1.5.4 硫代硫酸钠标准工作溶液C(Na2S2O3)=0.0050mol/L:临用前,准确量取硫代硫酸钠标准贮备溶液用水稀释20倍。
G.1.5.5 硫酸溶液:(1 6)(V/V)。
G.1.5.6 淀粉指示剂溶液,2.0g/L :称取0.20g可溶性淀粉,用少量水调成糊状,慢慢倒入100mL沸水中,煮沸至溶液澄清。
G.1.5.7 磷酸盐缓冲溶液C(KH2PO4—Na2HPO4)=0.050mol/L:称取6.8g磷酸二氢钾(KH2PO4)和7.1g无水磷酸氢二钠(Na2HPO4),溶解于水,稀释至1000mL。
G.1.5.8 靛蓝二磺酸钠(C6H18O8S2Na2 简称IDS),分析纯。
G.1.5.9 IDS标准贮备溶液:称取0.25g靛蓝二磺酸钠(IDS),溶解于水,移入500mL棕色容量瓶中,用水稀释至标线,摇匀,24h后标定。此溶液于20℃以下暗处存放可稳定两周。
标定方法:吸取20.00mL IDS标准贮备溶液于250mL碘量瓶中,加入20.00mL溴酸钾—溴化钾标准溶液,再加入50mL水,盖好瓶塞,放入16℃±1℃水浴或保温瓶中,至溶液温度与水温平衡时,加入5.0mL(1 6)硫酸溶液,立即盖好瓶塞,混匀并开始计时,在16℃±1℃水浴中,于暗处放置35min±1min。加入1.0g碘化钾(KI)立即盖好瓶塞摇匀至完全溶解,在暗处放置5min后,用硫代硫酸钠标准工作溶液滴定至红棕色刚好褪去呈现淡黄色,加入5mL淀粉指示剂,继续滴定至蓝色消褪呈现亮黄色。两次平行滴定所用硫代硫酸钠标准工作溶液的体积之差不得大于0.10mL。IDS溶液相当于臭氧的质量浓度C(O3,μg/mL)按下式计算:

式中:
C1——溴酸钾—溴化钾标准溶液的浓度,mol/L;
V1——溴酸钾—溴化钾标准溶液的体积,mL;
C2——滴定用硫代硫酸钠标准工作溶液的浓度,mol/L;
V2——滴定用硫代硫酸钠标准工作溶液的体积,mL;
V——IDS标准贮备溶液的体积,mL;
12.00——臭氧的摩尔质量(1/4O3),g/mol。
G.1.5.10 IDS标准工作溶液:将标定后的IDS标准贮备溶液用磷酸盐缓冲溶液,稀释成每毫升相当于1.0μg臭氧的IDS标准工作溶液。此溶液于20℃以下暗处存放,可稳定一周。
G.1.5.11 IDS吸收液:将IDS标准贮备溶液用磷酸盐缓冲溶液稀释成每毫升相当于2.5μg或5.0μg臭氧的IDS吸收液。此溶液于20℃以下暗处存放,可使用一月。
G.1.5.12 活性炭吸附管, 60~80 目:临用前在氮气保护下400℃烘2h,冷却至室温,装入双球玻璃管中,两端用玻璃棉塞好,密封保存。
G.1.6 采样
G.1.6.1 样品的采集:用内装10.00mL IDS吸收液的多孔玻板吸收管,罩上黑布套,以0.5L/min的流量采气 5~30 L。
G.1.6.2 零空气样品的采集:采样的同时,用与采样所用吸收液同一批配制的IDS吸收液,在吸收管入口端串接一支活性炭吸附管,按样品采集方法采集零空气样品。
G.1.6.3 注意事项:当吸收管中的吸收液褪色约50%时,应立即停止采样。当确信空气中臭氧浓度较低,不会穿透时,可用棕色吸收管采样。
每批样品至少采集两个零空气样品。
在样品的采集、运输及存放过程中应严格避光。样品于室温暗处存放至少可稳定3d。
G.1.7 步骤
G.1.7.1 标准曲线的绘制
取六支10mL具塞比色管,按表G.1.1制备标准系列。
表G.1.1 臭氧标准系列
管 号 0 1 2 3 4 5
IDS标准工作溶液(mL) 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0
磷酸盐缓冲溶液(mL) 0 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00
臭氧含量(μg/mL) 0 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
各管摇匀,用10mm比色皿,在610nm处,以水为参比测量吸光度。以臭氧含量为横坐标,以零管样品的吸光度(A0)与各标准样品管的吸光度(A)之差(A0-A)为纵坐标,用最小二乘法计算标准曲线的回归方程:
y=bx a
式中:
y——A0-A;
x——臭氧含量,μg/mL;
b——回归方程的斜率,吸光度:mL/μg/10mm;
a——回归方程的截距。
G.1.7.2 样品测定
在吸收管的入口端串接一个玻璃尖嘴,用吸耳球将吸收管中的溶液挤入到一个25mL或50mL棕色容量瓶中。第一次尽量挤净,然后每次用少量磷酸盐缓冲溶液,反复多次洗涤吸收管,洗涤液一并挤入容量瓶中,再滴加少量水至标线。按绘制标准曲线步骤测量样品的吸光度。
G.1.7.3 零空气样品的测定
用与样品溶液同一批配制的IDS吸收液,按样品的测定步骤测定零空气样品的吸光度。
G.1.8 计算
c
式中:
c——臭氧浓度;
A0——零空气样品的吸光度;
A——样品的吸光度;
a——标准曲线的截距;
V——样品溶液的总体积,mL;
b——标准曲线的斜率,吸光度·mL/μg/10mm;
V0——换算为标准状态的采样体积,L。
所得结果表示至小数点后3位。
第3个回答  2010-02-12
1 原理
空气中的臭氧使吸收液中蓝色的靛蓝二磺酸钠褪色,生成靛红二磺酸钠。根据颜色减弱的程度比色定量。
2 试剂
本法中所用试剂除特别说明外均为分析纯,实验用水为重蒸水。重蒸水的制备方法:在第一次蒸馏水中加高锰酸钾至淡红色,再用氢氧化钡碱化后,进行重蒸馏。
2.1 吸收液靛蓝二磺酸钠溶液,量取25ml靛蓝二磺酸钠贮备液,用磷酸盐缓冲液稀释至1L棕色容量瓶中,冰箱内贮放可使用一月。
2.2 淀粉指示剂(2.0g/L)临用现配。
2.3 硫代硫酸钠标准溶液C(Na2S2O3)=0.1000mol/L。
2.4 溴酸钾标准溶液C(1/6KBrO3)=0.1000mol/L,准确称取1.3918g(优级纯,经180°烘2h)溶于水,稀释至500mL。
2.5 溴酸钾一溴化钾标准溶液C(1/6KBrO3)-0.0100mol/L,吸取10.00ml 0.1000mol/L溴酸钾标准溶液于100ml容量瓶中,加入1.0g溴化钾,用水稀释至刻度。
2.6 硫酸溶液(1+6)。
2.7 磷酸盐缓冲溶液(pH6.8)称6.80g磷酸二氢钾(KH2PO4)、7.10g无水磷酸氢二钠(Na2HPO4)溶于水,稀释至1L。
2.8 靛蓝二磺酸钠(简称IDS)。
臭氧是一种强氧化剂,具有很强的杀菌消毒、漂白、除味等特性,因此广泛应用于水消毒、食品加工杀菌净化、食品贮藏保鲜、医疗卫生和家庭消毒净化等方面的产品。在臭氧发生器生产和应用中,一定的臭氧浓度是保证消毒氧化效果、节约能源和防止污染的重要参数。
1. 臭氧发生器产量的标定
发生器的臭氧产量是其最主要、最基本的技术指标,而产量又是通过测定臭氧浓度后计算得出的。严格说,没有测定臭氧浓度的可靠手段就不可能生产出合格产品,目前市场臭氧发生器产量虚报假冒主要表现为没有臭氧浓度指标或不真实。
2. 臭氧浓度保证消毒效果
只有保证和其它消毒杀菌剂一样,只有达到足够的剂量,作用一定时间才能达到消杀效果。例如当臭氧浓度为0.08~0.6ppm时,对空气中细菌繁殖体中的大肠杆菌作用30min,其平均杀灭率达84.60~99.9%,而空气中臭氧浓度为0.34~0.85ppm时,作用10~30min,其杀灭率可达99.47~99.97%。又如臭氧对空气消毒时,当浓度为0.21mg/L时,作用10min对金黄色葡萄球菌杀灭率达90.81%,如提高浓度为0.72mg/L时,作用时间仍为10min,杀灭率可达99.99%。
一般讲臭氧的浓度愈高其杀菌效果愈好。
3. 环境臭氧浓度不能过高
臭氧除了对人类有益的一面外,同时它又是一种对环境污染的物质,我国环境空气质量标准(GB3095-1996)中规定臭氧的浓度限值(1小时平均)一级标准为0.12mg/m3;二级标准为0.16mg/m3;三级标准为0.20mg/m3。臭氧的工业卫生标准大多数国家最高限值为0.1ppm(0.20mg/m3)。因此利用臭氧消毒杀菌浓度不应过高,臭氧发生器的产量不是越高越好。例如:一般家庭用室内杀菌的臭氧发生器产量应在200mg/h左右,最高不要超过400mg/h。这样,在臭氧杀菌工作30~60min后,室内残余浓度低于果品家卫生标准要求。需要注意的是,一些过敏体质的人,长时间暴露在臭氧含量超过0.18mg/m3的环境下,回出现皮肤刺痒,呼吸不畅,咳嗽及鼻炎等症状。浓度再高,会给人体造成更大的伤害。
4. 臭氧应用工程与设备需要监测臭氧浓度
臭氧发生器发生臭氧能力在很大程度上受气源的湿度、冷却水温度、放电面的老化等影响,所以要经常对臭氧浓度进行检测。对大型臭氧设备,最好在流程中装有高浓度臭氧(气体)检测仪,并有检测混合后水的溶存臭氧检测仪,还有检测排放的尾气中所含臭氧浓度的检测仪。以便控制整个系统处在最佳工作状态。

臭氧浓度检测方法大致可分为“化学分析法”、“物理分析法”、“物理化学分析法”三类。
1. 化学检测法
1.1 碘量法
碘量法是最常用的臭氧测定方法,我国和许多国家均把此法作为测定气体臭氧的标准方法,我国建设部发布的《臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量》标准CJ/T3028.2—94中即规定使用碘量法。其原理为强氧化剂臭氧(O3)与碘化钾(KI)水溶液反应生成游离碘(I2)。臭氧还原为氧气。反应式为:
O3+2KI+H2O→O2+I2+2KOH
游离碘显色,依在水中浓度由低至高呈浅黄至深红色。
利用硫代硫酸钠(NaS2O3)标准液滴定,游离碘变为碘化钠(NaI),反应终点为完全褪色止。反应式为:
I2+2Na2S2O3→2NaI+NaS4O6
两反应式建立起O3反应量与NaS2O3消耗量的定量关系为1molO3:2molNaS2O3,则臭氧浓度CO3计算式为:
CO3=40x3x1000/1000(mg/L)
式中:
CO3——臭氧浓度,mg/L;
ANa——硫代硫酸钠标准液用量,ml;
B——硫代硫酸钠标准液浓度,mol/L;
V0——臭氧化气体取样体积,ml。
操作程序及方法参照标准CJ/T3028.2—94。
测定标准型发生器浓度很方便。臭氧化气体积用流量计计数,NaS2O3浓度一般配制为0.100mol/L,测定精度可达±1%。
测定空气中臭氧浓度时,应用在气采样器抽气定量。为保证测定精度,NaS2O3配为0.10mol/L。
测定水溶臭氧浓度亦可用此公式计算,只是V0代表采水量,取1000ml。NaS2O3浓度为0.10mol/L。
碘量法优点为显色直观。不需要贵重仪器。缺点是易受其氧化剂如NO、CI2等物质的干扰,在重要检测时应减除其它氧化物质的影响。
1.2 比色法
比色法是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的方法。按比色手段分为人工色样比色与光度计色.此法多用于检测水溶解臭氧浓度.
国内检测瓶装水臭氧溶解浓度有使用碘化钾、邻联甲胺等比色液的。其方式是利用检测样品显色液管相比较,确定测样臭氧溶解度值(0.05~0.08mg/L),要求精确的,则利用分光光度计检测。
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,很方便。如美国HACH公司、日本荏原公司的DPD(二己基对苯二胺)比色盘,范围为0.05~2mg/L。美国HACH公司微型比色仪,利用靛蓝染料脱色反应。在600nm波长比色,0.05~0.75nm/L浓度数字显示,精度±0.01nm/L。受其它氧化剂干扰少。
1.3 检测管
将臭氧氧化可变化试剂浸渍在载体上,作为反应剂封装在标准内径的玻璃管内做成测管,使用时将检测管两端切断,把抽气器接到检测管出气端吸取定量臭氧气体,臭氧浓度与检测管内反应剂柱变色长度成正比,通过刻度值读取浓度值。
德国、日本和我国都生产臭氧检测管,浓度范围分为高(1000ppm)、中(10ppm)、低(3ppm)三种,用于检测空气臭氧浓度,适于现场应用,使用简便,但精度低(为±15%)。
2. 物理方法
物理方法分析臭氧现在在国际上最流行的是紫外线吸收法。它是利用臭氧对254nm波长的紫外线特征吸收的特性,依据比尔—郎伯(Beer-Lambert)定律制造出的分析仪器,只要选择合适长度的吸收池,就可以检测0.002mg/m3~5%(vol)浓度的臭氧。其线形在4~5个数量级内都很好。该法已被我国作为环境空气中测定臭氧的标准方法(GB1/T1154348)。
紫外线吸收法不但可以适用于检测气体中臭氧浓度,也可以检测水中溶存的臭氧浓度。
紫外线吸收法的仪器在美国、的国、瑞士、日本都有产品。我国北京分析仪器厂于1985年引进了美国莫尼特(MONITORLABS)公司的ML-8810型紫外吸收式臭氧分析器,用于环境检测,1992年以后又陆续扩展量程到100ppm、1000ppm。北京超能自控实验技术研究所在1999年开发了ZX-01系列紫外线吸收式臭氧分析器,其测量范围从0~10ppm(用于环境检测)、0~100ppm、0~1000ppm、0~10000ppm到0~25000ppm。
2.1 紫外线吸收法原理
辐射被某种气体或液体吸收是受朗伯-比尔(LambertBeer)定律控制的:
I=Ioe–klc
式中:Io——入射光束的强度;
I——光束穿透样品(气体或液体)后的强度;
l——通过样品光程的长度;
c——样品内吸收物质的浓度;
k——吸收物质对该光线波长的比吸收系数。
此种检测需要对物质在已知波长下k值的精确了解。
2.2 臭氧检测
臭氧吸收短波紫外区(200~300nm)哈特雷波段紫外光,在253.7nm处具有最大吸收(图1)。在此波长,吸收系数值的范围从303.9到313.2cm-1·mol-1·L(273K和760mmHg),研究者证实了该值为302.4cm-1·mol-1·L。
图1 短波紫外区(200~300nm)内臭氧的吸收系数

2.3 布朗-吕伯
布朗-吕伯分析仪(前联邦德国汉堡)的工作原理如图2所示。水银灯的辐射经聚光镜聚焦形成平行光束透过测皿照射到光线接收器上,一部分辐射光线被分光镜折射到参比检测用的另一光线接收器上,光强用一可变光栏调节到同一水平。两只光线接受器接在桥式电路内,测皿吸收的光引起桥式电路的不平衡,一只伺服电机供恢复平衡用,其校正动作范围与光吸收相符。该仪器内装有自动零点补偿。当测量空气中臭氧时,通过一只电磁阀将惰性气引入测皿,当检测水中臭氧时,将标准溶液注入测皿。
图2 布朗-吕伯臭氧分析仪原理图

3. 物理化学方法
3.1 靛蓝二磺酸钠(简称IDS)分光光度法
其原理是含臭氧的气体在有多孔玻板的吸收管中通过兰色的IDS溶液,生成的溶液用分光广度计在610nm处测量,通过计算得出臭氧浓度。这种方法操作比较复杂,用于检测环境中臭氧浓度或作为基准用来标定物理方法仪器(低浓度)。
IDS法也被定为国家标准用来测定环境中的臭氧浓度(GB/T15437)。
3.2 化学发光法
该法是利用台过量的乙烯(或NO)与臭氧发生化学发光,用光电倍增管接受发光光强来计算出臭氧的浓度。此法在上世纪七、八十年代很盛行,曾经被美国ERP列为环境检测标准方法之一。现已被紫外法所取代。
4. 水中臭氧检测方法
测量水中溶存臭氧浓度除了用碘量法和紫外线吸收法之外,近年来国际上普遍采用了一种称之为“膜电极”的电化学方法,它是用一个带有可更换的能渗透臭氧的半透膜的探头和微处理器组成。测量时将探头敏感部分置于臭氧水中,在阴阳极之间加一固定极化电压,溶存的臭氧透过半透膜到达阴极表面并被还原,产生与臭氧浓度成正比的扩散电流,扩散电流大小可用下式表示:
I=KC
式中:I—扩散电流(A); K—常数;C—O3浓度(mg/L)
国外在对各种半透膜材料、电极材料、电解质以及外加电压电位的研究后,制造出一种电流的稳态电压的膜电极,线形和再现性都很好。膜电极法抗干扰能力强、灵敏度高、量程广、可用于在线分析和控制。国际上有越来越广泛地使用膜电极法分析水中臭氧浓度的趋势。美国的ATI公司,ROSEMOUNT公司和瑞士的ROS公司都有膜电极罚臭氧分析仪。
5. 臭氧浓度单位
近年来我国臭氧产业发展迅速,产品种类繁多,有些产品表达浓度的单位使用混乱,容易被人误解。
5.1 气体中臭氧浓度表示方法
一种是以单位体积内所含臭氧的质量数表示,常用的单位有mg/L、mg/m3、μg/m3简称质量浓度,它们的关系是:1mg/L=103mg/m3=106μg/m3
我国各种标准均采用质量浓度。
另一种用ppm或ppb作为浓度单位,称为体积浓度。ppm(partspermillion)单位是指在100万气体体积中含有臭氧的体积数,在美国、日本等国家习惯使用体积浓度。1ppm=103ppb
但是ppb(partspermillion)的含义不明确。在美国和法国,“billion”的意义为十亿(109),ppb意味着十亿分之一(10-9);而在英国和德国,“billion”为万亿(1012),ppb意味着万亿分之一(10-12)。因此,这是一种容易混淆的表达方式。国际纯粹化学与应用化学协会与1971年7月作出“不宜采用”的决定。
在我国ppb一般指10-9。
也有用体积百分比%(vol)和pphm来表示体积浓度的,它们的关系式是
1%(vol)=104ppm=106pphm=107ppb
两种单位可用下面公式换算:
X(ppm)=40x/3x?A(mg/m3)或A=3x/40x?X
式中:A——以mg/m3表示的臭氧浓度
X——以ppm表示的臭氧浓度
M——气体的摩尔量(臭氧为48)
22.4——NPT(标准状态,273K,101.3KPa,即0℃,760mmHg)的气体摩尔体积
例如,大气中的臭氧含量为1ppm,则用mg/m3表示。
A=40x/3x?X=40x/3x=2.14(mg/m3)。
在美国、日本和国际全球检测系统内的标准状态是指298K(25℃)和101.3kPa(760mmHg)这时的气体体积为24.45L/mol,这样
1ppm=1.963mg/m3。
还有一种用重量百分比来表示臭氧的浓度。一般用%(wt)表示,%(wt)的含义是:臭氧的质量/含有臭氧气体的质量×100%。
这样,在标准状态下
1ppm=2.14mg/m3=1.66×10-4%(wt)
1%(wt)(空气中)=12.93g/m3=6042ppm
1%(wt)(氧气中)=14.3g/m3=6682ppm
空气密度为1293g/m3,氧气密度为1430g/m3。
5.2 气体中臭氧浓度表示方法
表示水中溶存臭氧的单位有mg/l、g/m3和ppm(wt)
mg/L——其含义是臭氧的质量(mg)/含有臭氧水的容积(m3)
g/m3——是臭氧的质量(mg)/含有臭氧水的容积(m3)
ppm——是臭氧的质量/含有臭氧水的质量×106
1mf/l=1g/m3=1ppm
6. 臭氧检测中应注意事项
6.1 采样管材料应选用抗强氧化的材料,如玻璃、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯;不锈钢材料也尽量少用,以减少采样管中臭氧损耗。
6.2 采样管应尽量短,测量低浓度时一般不要超过2m。
6.3 从采样管到检测仪器,不要漏气,否则测量值偏低。
6.4 检测较低浓度(如检测环境)臭氧时,新的聚四氟乙烯管也要充分的进行“臭氧化”,即通过含较高浓度臭氧的气体来稳定采样管内壁。日本荏原公司认为要20min以上才能稳定,而美国莫尼特公司要求数小时。
6.5 采样管要定时清洗、吹干。不清洁的采样管会使测量值偏低很多。
6.6 臭氧分析仪要定时进行标定,以保证测量数据可靠。
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