溶解氧的基本概念:溶解氧(DO)是指溶解于水中的氧的含量,它以每升水中氧气的毫克数表示,溶解氧以分子状态存在于水中。水中溶解氧量是水质重要指标之一,也是水体净化的重要因素之一。
水中溶解氧的含量与大气压力、水温及含盐量等因素有关。没有受到耗氧物质(一般为有机物)污染的水体,溶解氧呈饱和状态,如清洁地表水溶解氧接近饱和。在水体中有机物含量较多时,其耗氧速度超过氧的补给速度,则水中溶解氧将不断减少,甚至可接近于零,从而使有机物在缺氧条件下分解,出现腐败发酵现象,使水质严重恶化。因此,在对水体的质量评价中,把溶解氧作为水质污染程度的一项指标。
需要测定溶解氧的场所
1、污水处理
2、河流湖泊环境监测
3、水产养殖
溶解氧传感器常用的膜电极有两类:极谱型(Polarography)和原电池型(Galvanic Cell)。
极谱型溶解氧传感器
电极中,有黄金环或铂金环作阴极,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0.5~1.5V的极化电压,当溶解氧透过薄膜达到黄金阴极表面,在电极上发生如下反应:
阴极被还原:O2+2H2O+4e→4OHˉ
阳极被氧化:4Clˉ+4Ag-4e→4AgCl
只要测得扩散电流,既可以测得溶解氧的溶度,为了消除温度、盐度、气压等因素的影响,均采用相关技术进行补偿。
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原电池型溶解氧传感器
当外界氧分子透过薄膜进入电极内,会产生如下反应:
银阴极被还原:
O2+2H2O+4e→4OHˉ
铅阳极被氧化:
2Pb+4KOH+4OHˉ→2KHPbO2+2H2O
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。接通外电路后,便有信号电流通过,其值与溶氧溶度成正比。
可以看出,溶解氧浓度与传递电子数目一一对应,传感器具有很好的线性,且原电池型的溶解氧传感器维护成本较低,无需更换电解液,适用于进行大面积的推广使用。
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