美國(guó)2B UV-106-W 型臭氧水監(jiān)測(cè)儀原理

 

        UV-106-W 型水臭氧監(jiān)測(cè)儀™ 使用美國(guó)2B 的 MicroSparge™ 技術(shù)以高精度和準(zhǔn)確度測(cè)量水中溶解的臭氧。與大多數(shù)溶解臭氧傳感器不同，該儀器不使用會(huì)隨著時(shí)間的推移而結(jié)垢的膜。相反，溶解的臭氧是通過用臭氧洗滌的環(huán)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(cè)量的。基于從溶液中去除的臭氧的時(shí)間分布，進(jìn)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(cè)量的，因此去除了來自顆粒和其他溶解的無機(jī)和有機(jī)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(jī)物以及有機(jī)雜質(zhì)和懸浮顆粒。

 

操作理論

        紫外光吸收長(zhǎng)期以來一直用于測(cè)量氣相臭氧和溶解在純?nèi)軇┲械某粞酰哂懈呔群蜏?zhǔn)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(fā)射波長(zhǎng)一致。幸運(yùn)的是，在大氣中發(fā)現(xiàn)的顯著濃度的分子很少在這個(gè)波長(zhǎng)下吸收，這使得紫外吸收成為測(cè)量環(huán)境空氣和臭氧發(fā)生器輸出流中臭氧的準(zhǔn)確方法。有商業(yè)儀器可用于直接測(cè)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?yàn)榇嬖谖兆贤饩€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(shí)會(huì)發(fā)生變化，從而使溶解臭氧的直接紫外吸光度測(cè)量變得更加復(fù)雜。

        

        從溶液中鼓泡臭氧，然后測(cè)量氣相中的臭氧，其優(yōu)點(diǎn)是可以在沒有殘留在水中的紫外線吸收干擾的情況下測(cè)量臭氧。然而，過去圍繞這一原理設(shè)計(jì)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(shù)的固定值，該常數(shù)與溫度密切相關(guān)，將臭氧在液相和氣相之間進(jìn)行劃分。

在美國(guó)2B的 MicroSparge™ 技術(shù)中，使用臭氧洗滌的環(huán)境空氣在約 5 秒的時(shí)間內(nèi)從溶液中鼓泡出約 2 mL 的小體積臭氧總量，并在氣體中測(cè)量臭氧濃度與時(shí)間的關(guān)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(shí)間曲線下的積分提供了約 2 mL 樣品中臭氧分子的總數(shù)。根據(jù)測(cè)量的臭氧時(shí)間曲線尾部的指數(shù)衰減率，對(duì)溶液中殘留的臭氧進(jìn)行小幅修正。

 

        圖 1是水臭氧監(jiān)測(cè)儀的示意圖。四個(gè) 2 通閥和一個(gè) 1 通閥引導(dǎo)空氣和水流通過設(shè)備。測(cè)量溶解臭氧的過程包括兩個(gè)步驟。在第一步（圖 1 的左圖）中，樣品環(huán)中充滿了來自待分析水源的加壓水流，內(nèi)部空氣泵對(duì)撞擊器加壓以清空前一個(gè)樣品中的臭氧消耗水.在第二步中，改變閥門狀態(tài)，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(cè)量。每個(gè)步驟大約需要 5 秒，每 10 秒報(bào)告一次新的臭氧測(cè)量值。

圖1水臭氧監(jiān)測(cè)儀中空氣和水流路徑的示意圖

 

        光學(xué)平臺(tái)與我們的 106-M 型臭氧監(jiān)測(cè)儀相同，用于氣相臭氧監(jiān)測(cè)。臭氧是根據(jù)通過裝有石英窗的 14 厘米吸收池的紫外線衰減來測(cè)量的。低壓汞燈位于吸收池的一側(cè)，光電二極管位于吸收池的另一側(cè)。光電二極管有一個(gè)以 254 nm 為中心的內(nèi)置干涉濾光片，這是汞燈發(fā)出的光的主要波長(zhǎng)。以 20 Hz 的速率連續(xù)測(cè)量光強(qiáng)度，即每 0.05 秒一次。在噴射循環(huán)開始時(shí)（圖 1 的右圖），填充和吹掃循環(huán)中剩余的無臭氧空氣（圖 1 的左圖）通過吸收池，沒有臭氧時(shí)的光強(qiáng)度(Io) 作為 3 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值獲得。隨著從溶液中噴出的臭氧開始通過檢測(cè)池，光強(qiáng)度開始下降。

 

        在從溶液中去除 >80% 的臭氧所需的約 5 秒內(nèi)進(jìn)行超過 100 次光強(qiáng)度 (I) 測(cè)量，并計(jì)算每次測(cè)量的臭氧分子濃度以創(chuàng)建臭氧濃度與臭氧濃度的關(guān)系。（待續(xù)）