美國2B UV-106-W 型臭氧水監測儀原理

 

        UV-106-W 型水臭氧監測儀™ 使用美國2B 的 MicroSparge™ 技術以高精度和準確度測量水中溶解的臭氧。與大多數溶解臭氧傳感器不同，該儀器不使用會隨著時間的推移而結垢的膜。相反，溶解的臭氧是通過用臭氧洗滌的環境空氣幾乎完全鼓泡約 2 mL 的水并整合從溶液中剝離的臭氧的氣相濃度來測量的。基于從溶液中去除的臭氧的時間分布，進行小的修正以說明溶液中殘留的任何臭氧。由于臭氧是在氣相中測量的，因此去除了來自顆粒和其他溶解的無機和有機化合物的干擾，使得該儀器既適用于超純水，也適用于“臟”水，例如飲用水，其中可能含有多種溶解的無機物以及有機雜質和懸浮顆粒。

 

操作理論

        紫外光吸收長期以來一直用于測量氣相臭氧和溶解在純溶劑中的臭氧，具有高精度和準確度。臭氧分子在 254 nm 處具有 很大吸收，與低壓汞燈的主要發射波長一致。幸運的是，在大氣中發現的顯著濃度的分子很少在這個波長下吸收，這使得紫外吸收成為測量環境空氣和臭氧發生器輸出流中臭氧的準確方法。有商業儀器可用于直接測量超高純水和其他溶劑中的臭氧，但這些儀器不能用于飲用水和其他“臟”水，因為存在吸收紫外線的化合物和顆粒并散射紫外線輻射。此外，這些物種的濃度在暴露于臭氧時會發生變化，從而使溶解臭氧的直接紫外吸光度測量變得更加復雜。

        

        從溶液中鼓泡臭氧，然后測量氣相中的臭氧，其優點是可以在沒有殘留在水中的紫外線吸收干擾的情況下測量臭氧。然而，過去圍繞這一原理設計的儀器采用了非常大且笨重的鼓泡室，并且依賴于亨利定律常數的固定值，該常數與溫度密切相關，將臭氧在液相和氣相之間進行劃分。

在美國2B的 MicroSparge™ 技術中，使用臭氧洗滌的環境空氣在約 5 秒的時間內從溶液中鼓泡出約 2 mL 的小體積臭氧總量，并在氣體中測量臭氧濃度與時間的關系階段。在鼓泡期間，幾乎所有的臭氧都從溶液中除去。臭氧時間曲線下的積分提供了約 2 mL 樣品中臭氧分子的總數。根據測量的臭氧時間曲線尾部的指數衰減率，對溶液中殘留的臭氧進行小幅修正。

 

        圖 1是水臭氧監測儀的示意圖。四個 2 通閥和一個 1 通閥引導空氣和水流通過設備。測量溶解臭氧的過程包括兩個步驟。在第一步（圖 1 的左圖）中，樣品環中充滿了來自待分析水源的加壓水流，內部空氣泵對撞擊器加壓以清空前一個樣品中的臭氧消耗水.在第二步中，改變閥門狀態，使來自空氣泵/洗滌器的不含臭氧的空氣都將約 2 mL 水樣推入沖擊器并噴射樣品，富含臭氧的空氣通過光具座，其中臭氧被測量。每個步驟大約需要 5 秒，每 10 秒報告一次新的臭氧測量值。

圖1水臭氧監測儀中空氣和水流路徑的示意圖

 

        光學平臺與我們的 106-M 型臭氧監測儀相同，用于氣相臭氧監測。臭氧是根據通過裝有石英窗的 14 厘米吸收池的紫外線衰減來測量的。低壓汞燈位于吸收池的一側，光電二極管位于吸收池的另一側。光電二極管有一個以 254 nm 為中心的內置干涉濾光片，這是汞燈發出的光的主要波長。以 20 Hz 的速率連續測量光強度，即每 0.05 秒一次。在噴射循環開始時（圖 1 的右圖），填充和吹掃循環中剩余的無臭氧空氣（圖 1 的左圖）通過吸收池，沒有臭氧時的光強度(Io) 作為 3 個數據點的平均值獲得。隨著從溶液中噴出的臭氧開始通過檢測池，光強度開始下降。

 

        在從溶液中去除 >80% 的臭氧所需的約 5 秒內進行超過 100 次光強度 (I) 測量，并計算每次測量的臭氧分子濃度以創建臭氧濃度與臭氧濃度的關系。（待續）