臭氧浓度在线检测：臭氧浓度的检测方法

臭氧浓度在线检测：臭氧浓度的检测方法3. 物理化学方法 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。 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 99.47~9

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。

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，以保证测量数据可靠。