溶氧仪测量溶氧的原理
厦门阳嘉环保科技有限公司
溶氧仪测量溶氧的原理
测量原理：
膜电极法是目前zui常用的一种溶解氧连续测定方法，膜电极又名clark氧电极，这种电极利用半透膜可渗透氧，但又不能渗透水和有机及无机溶质的原理，保护电极不与这类还原性物质紧密接触，从而使传感器的灵敏度不受影响。这种半透膜通常采用聚四氟乙烯纤维、聚乙烯等材料组成。
原理介绍：
溶氧仪实用的膜电极有两种类型：极谱型（polarography）和原电池型（galvanic cell）。
1）极谱型（polarography）：电极中，由黄金（au）环或铂（pt）金环作阴极；银-氯化银（或汞-氯化亚汞）作阳极。电解液为氯化钾溶液。阴极外表面覆盖一层透氧薄膜。薄膜可采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、硅橡胶等透气材料。阴阳两电极之间外加0.5～１.５伏的极化电压。有的极化电压为0.7伏。
当溶解氧透过薄膜到达黄金阴极表面，在电极上发生如下反应：
阴极被还原：o2+2h2o+4e→4ohˉ
同时，阳极被氧化：4clˉ+4ag-4e→4agcl
在正常情况下，上述还原-氧化反应产生的扩散电流i∞之值与溶氧浓度成正比。可用下式表示：
i∞=nfa（pm/l）cs
式中：i∞－稳定状态的扩散电流
n－得失电子数
f－法拉第常数（96500 库仑）
a－阴极表面积（平方厘米）
pm－薄膜的渗透系数（厘米2/秒）
l－薄膜的厚度（厘米）
cs－溶解氧浓度（ppm）
当电极结构和薄膜确定之后，式中a、pm、l、n等均为常数。令k= nfa（pm/l），则上
式中：i∞=kcs。
因此可见，只要测得扩散电流i∞，即可测得溶解氧浓度。为消除温度、盐度和气压因素影响，各型号产品采用各自技术进行补偿。
2）原电池型（galvanic cell）：当外界氧分子透过薄膜进入电极内相到达阴极的三相界面时，产生下式反应。
银阴极被还原：o2+2h2o+4e→4ohˉ
同时，铅阳极被氧化：2pb+2koh+4ohˉ-4e→2khpbo2+2h2o
即：氧在银阴极上被还原为氢氧根离子，并同时向外电路获得电子；铅阳极被氢氧化钾溶液腐蚀，生成铅酸氢钾，同时向外电路输出电子。接通外电路之后，便有信号电流通过，其值与溶氧浓度成正比。（同极谱型一样）
极谱型与原电池型的区别 ：
极谱型电极一般寿命较长，但价格较贵。输出电流相差数量级。电极响应时间一般为90s。用来测定kla或过渡现象似乎较困难。有些电极的响应可以做到30s以下。 极谱型电极的阴极表面做得很小，一般其直径在1-50 μm的范围，形成的还原电流在n*，因此，需要专门的电子放大装置。一般阴极材料的要求很高，如白金或银纯度在99.999%以上。
原电池型电极的表面要求平面光滑，其面积大小与还原电流成正比。一般直径采用5-10 mm.。 其还原电流在28℃时为5-25μa, 因此，不用专门的电子放大器便可通过串联一电位器直接接到全程5或10 mv的自动电位差记录仪上。原电池型的阳极材料同样要求很高，纯度在99.999%以上。一般阳极作成圆筒状，其表面积需阴极面积大数十倍，这对极谱型电极容易做到，故它可以做得较小。原电池型的阳极就得大许多，才能满足这种比例要求。
do电极结构：一般由阴极、阳极、电解质和塑料薄膜构成。
电解液/清洗液：一般对电解液/清洗液的配方视为机密，商家不易公开。电解液/清洗液的配制很讲究，需用无离子水，一些污染的离子会严重影响电极的性能。所用药品试剂要求至少用ar级的。电解质有用，koh; kcl, pb（aco）2等等，清洗液的主要成分是醋酸等等。
薄膜：一般采用聚四氟乙烯（f4）或聚四氟乙烯-聚六氟丙烯的共聚体，也曾用聚氯丙烯，聚乙烯，聚丙烯等。其主要性能符合do电极的耐高温（>200℃），透气性能好的要求。其厚薄也很有讲究，膜越薄，灵敏度越高，一般在0.01-0.05 mm的范围。膜性能对一个好的电极响应非常重要。需要膜对氧具有高度的透性和对co2低的透性。
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原理介绍：
溶氧仪实用的膜电极有两种类型：极谱型（polarography）和原电池型（galvanic cell）。
1）极谱型（polarography）：电极中，由黄金（au）环或铂（pt）金环作阴极；银-氯化银（或汞-氯化亚汞）作阳极。电解液为氯化钾溶液。阴极外表面覆盖一层透氧薄膜。薄膜可采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、硅橡胶等透气材料。阴阳两电极之间外加0.5～１.５伏的极化电压。有的极化电压为0.7伏。
当溶解氧透过薄膜到达黄金阴极表面，在电极上发生如下反应：
阴极被还原：o2+2h2o+4e→4ohˉ
同时，阳极被氧化：4clˉ+4ag-4e→4agcl
在正常情况下，上述还原-氧化反应产生的扩散电流i∞之值与溶氧浓度成正比。可用下式表示：
i∞=nfa（pm/l）cs
式中：i∞－稳定状态的扩散电流
n－得失电子数
f－法拉第常数（96500 库仑）
a－阴极表面积（平方厘米）
pm－薄膜的渗透系数（厘米2/秒）
l－薄膜的厚度（厘米）
cs－溶解氧浓度（ppm）
当电极结构和薄膜确定之后，式中a、pm、l、n等均为常数。令k= nfa（pm/l），则上
式中：i∞=kcs。
因此可见，只要测得扩散电流i∞，即可测得溶解氧浓度。为消除温度、盐度和气压因素影响，各型号产品采用各自技术进行补偿。
2）原电池型（galvanic cell）：当外界氧分子透过薄膜进入电极内相到达阴极的三相界面时，产生下式反应。
银阴极被还原：o2+2h2o+4e→4ohˉ
同时，铅阳极被氧化：2pb+2koh+4ohˉ-4e→2khpbo2+2h2o
即：氧在银阴极上被还原为氢氧根离子，并同时向外电路获得电子；铅阳极被氢氧化钾溶液腐蚀，生成铅酸氢钾，同时向外电路输出电子。接通外电路之后，便有信号电流通过，其值与溶氧浓度成正比。（同极谱型一样）
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