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2019-04-08    来源:北京同林臭氧实验站   浏览量:    
臭氧浓度三种测定方法
 
臭氧已经应用100多年,臭氧检测技术已经发展了化学法、光学法、电化学法,热化学法等,研制推广了多种检测仪器和装置。根据浓度范围、要求精度与应用领域,选择不同的测定方法。常用方法与仪器、装置介绍如下。
 
(一)、化学法

1、碘量法
碘量法是一种氧化还原滴定法,以碘作为氧化剂,或以碘化物(如碘化钾)作为还原剂进行滴定的方法,用于测定物质含量。极微量的碘与多羟基化合物淀粉相遇,也能立即形成深蓝色的配合物,这一性质在碘量法中得到应用。
碘量法分为直接碘量法和间接碘量法,其中间接碘量法有分为剩余碘量法和置换碘量法。 
碘量法
 
碘量法可用于测定水中游离氯、总氯、溶解氧,气体中硫化氢,食品中维C、葡萄糖等物质的含量。因此碘量法是环境、食品、医药、冶金、化工等领域最为常用的监测方法之一。
 
碘量法是最常用的臭氧测定方法,我国和许多国家均把此方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中及规定是用碘量法。
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),臭氧同时还原为氧气。

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色至棕红色。
 
利用硫代硫酸钠(Na2S2O3)标准液滴定,游离I2变为碘化钠(NaI),反应终点为完全褪色止。

反应式为:
I2+2Na2S2O3 →2NaI+Na2S4O6
二反应式建立起O3反应量与Na2S2O3消耗量的定量关系比为:1molO3:2molNa2S2O3
则其臭氧浓度Co3=ANa*B*24000/V0(mg/L)
 
式中Co3-臭氧浓度,mg/L;ANa-硫代硫酸钠标准也用量,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/T3208.2-94。
 
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,Na2S2O3浓度一般配制为0.100mol/L,测定精度可达到 ±1%。
 
测定空气中臭氧浓度时,应用大气采样器抽气定量。为保证测定精度Na2S2O3配为0.010mol/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。Na2S2O3浓度为0.010mol/L。
 
碘量法优点为显色直观,不需要贵重仪器。缺点是易受其它氧化剂如NO、Cl2等物质干扰。在重要检测时应减除其它氧化物质的影响。
 
碘量法的误差来源,如何避免?
 
(1)碘量法的误差来源主要有两方面 :
    ①I2易挥发;
    ②在酸性溶液中I-容易被空气中的氧氧化。
 
(2)为减小误差,应采取的适当措施如下 :
    ①防止I2挥发的方法 :
    a. 加入过量的KI(一般比理论值大2~3倍),由于生成了I3-而减少了I2的挥发;
    b. 反应时溶液的温度不能高,一般在室温下进行;
    c. 滴定时不要剧烈摇动溶液,最好使用带塞的锥形瓶(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,会增加I-氧化的速度。
    b. Cu2+,NO2-等催化O2对I-的氧化应设法消除其影响。日光有催化作用,应避免阳光直接照射。
    c. 析出I2后,不能让溶液放置过久。 
    d. 滴定速度适当快些。
 
影响因素
(1)适用 pH 2 ~ 9:淀粉指示剂在弱酸介质中最灵敏,pH>9时,I2易发生歧化反应,生成IO、IO3, 而IO、IO3不与淀粉发生显色反应,当pH<2时,淀粉易水解成糊精,糊精遇I2显红色,该显色反应可逆性差。
(2)使用直链淀粉:直链淀粉必须有碘一价负离子的存在,才能遇碘变蓝色;支链淀粉遇碘显紫色,且颜色变化不敏锐。
(3)50%乙醇存在时不变色:醇类的存在降低指示剂的灵敏度,在50%以上的乙醇中,淀粉甚至不与碘发生显色反应。
(4)随着温度的升高,淀粉指示剂变色的灵敏度降低。
(5)大量电解质存在的情况下,也会使其灵敏度降低甚至失效。
(6) 淀粉指示剂最好在用前配制,不宜久存,若在淀粉指示剂中加入少量碘化汞或氯化锌,甘油、甲酰胺等防腐剂,可延长贮存时间。配制时将淀粉混悬液煮至半透明,且加热时间不宜过长,并应迅速冷却至室温。

2、比色法
是根据臭氧与不同的化学试剂的显色或脱色反应程度以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比色。此方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、邻邦甲苯胺等比色液的,简单方式利用检测样品显色液与标准色管比较,确定测样臭氧溶解度值(0.05-0.8mg/L),精确些则利用分光光度计检测吸收率。
 
国外利用此法作成仪器,配备标准工具与药品作为现场抽样使用,很方便。如美国HACH公司、日本荏原公司的DPD(二乙基对本二胺)比色盘,范围为0.05-2.0mg/L。美国HACH公司微型比色仪,利用靛兰染料脱色反应,600nm波长比色,0.05-0.75mg/L浓度数字显示,精度±0.01mg/L。
 
比色法同样受其它氧化剂干扰,靛兰比色所受干扰较少。
 
3、检测管
将臭氧氧化可变色试剂浸渍在载体上作为反应剂封装内径的玻璃管内做成检测管,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Drager公司、日本荏原公司及我国都生产臭氧检测管,浓度范围分为高(1000ppm)、中(10ppm)、低(3pmm)三种,检测空气臭氧浓度。使用简便,但精度低,为±15%,只适用于现场使用。
 
(二)紫外吸收法
原理为臭氧对波长 λ=254nm紫外光具有最大吸收稀疏,在此波长下紫外光通过臭氧层会产生衰减,符合兰波特-比尔(Lambert--Beer)定律: I=Ioe-klc :Io-无臭氧存在时入射光强度;I-光束穿透臭氧后的光强度;L-臭氧样品池光程长度;C-臭氧浓度;K-臭氧对光波长吸收系数。
 
根据该公式,在K、L值已知条件下,通过检测I/Io值即可测出臭氧浓度C值来。
 
紫外吸收法已被美国等国家作为臭氧分析的标准方法。
 
按应用分为检测空气臭氧与检测水溶臭氧两种。均可连续在线检测,数字显示并可记录打印。优点为检测精度高,稳定性好,其它氧化剂干扰小。缺点为价格较高。
由于沿面放电型的充气管与陶瓷片臭氧发生装置产生氮氧化物含量较高,应采用紫外法检测其臭氧浓度。
臭氧紫外检测(分析)仪作为现代技术产品,具有完备的起提处理、光-电转换、数据计算、分析及记录功能。有0-10ppm、0-100pmm两种产品。美、日、德等国家都有多种规格紫外分析仪生产,检测量最高为20mg/L。
 
(三)电化学法
臭氧电化学法检测仪器主要用于水溶臭氧浓度在线连续检测控制,作为工艺控制装置即便于调整臭氧化处理指标处于最佳值又可降低运行费用。
电化学法测定原理为水中臭氧在电化表面产生电化学还原作用:O3+H2O+2e- →O2+2(OH-)
电化回路中电流特性曲线与溶液中分子臭氧的浓度成正比。
较早应用的是电位测量,即利用氧化还原(Redox)复合电极通过检测水中氧化还原电位变化而对应计算出溶解臭氧浓度。专用装置内部分析运算处理直接数字显示,如德国SIEMENS公司的OZWSO53P臭氧溶解测定控制仪;只使用Redox电极可先检测水的电位,再通过曲线查出对应的臭氧浓度。
最近国际广泛应用的“膜电极”溶解臭氧检测仪,具有更好的臭氧选择性与精度,具有0-20ppm的广量程,是水处理部门在线检测、控制较为理想的仪器,价格也比紫外臭氧分析仪便宜。
 


标签:碘量法(2)臭氧浓度(2)测定方法(1)
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