La solubilidad depende de la temperatura, la presión y las sales disueltas en el agua
1. Principio de medición del analizador de oxígeno disuelto La solubilidad del oxígeno en el agua depende de la temperatura, la presión y las sales disueltas en el agua. La parte de detección del analizador de oxígeno disuelto está compuesta por un electrodo de oro (cátodo) y un electrodo de plata (ánodo) y un electrolito de cloruro de potasio o hidróxido de potasio. El oxígeno se difunde en el electrolito a través de la membrana y forma un circuito de medición con el electrodo de oro y el electrodo de plata. . Cuando se aplica un voltaje de polarización de 0,6 ~ 0,8 V al electrodo del analizador de oxígeno disuelto, el oxígeno se difunde a través de la membrana, el cátodo libera electrones y el ánodo acepta electrones para generar corriente. Todo el proceso de reacción es: ánodo Ag+Cl. →AgCl+2e- cátodo O2+2H2O+4e→4OH- Según la ley de Faraday: la corriente que fluye a través del electrodo analizador de oxígeno disuelto es proporcional a la presión parcial de oxígeno, y existe una relación lineal entre la corriente y la concentración de oxígeno cuando el la temperatura permanece constante.
Método de expresión
2. Método de expresión del contenido de oxígeno disuelto Hay tres formas diferentes de expresar el contenido de oxígeno disuelto: presión parcial de oxígeno (mmHg); porcentaje de saturación (%); concentración (mg/L o 10-6), estos 3 métodos son esencialmente los mismos.
⑴Representación de presión parcial: La representación de presión parcial de oxígeno es la representación más básica y esencial. Según la ley de Henry, P=(Po2+P H2O)×0,209, donde P es la presión total; Po2 es la presión parcial de oxígeno (mmHg); P H2O es la presión parcial del vapor de agua; el aire.
⑵Representación del porcentaje de saturación: Dado que la fermentación aireada es muy compleja, la presión parcial de oxígeno no se puede calcular. En este caso, la representación del porcentaje de saturación es la más adecuada. Por ejemplo, si el oxígeno disuelto durante la calibración es del 100 % y el oxígeno cero es del 0 %, entonces el contenido de oxígeno disuelto durante la reacción es el porcentaje durante la calibración.
⑶Representación de la concentración de oxígeno: Según la ley de Henry, se puede saber que la concentración de oxígeno es proporcional a su presión parcial, es decir: C=Po2 ×a, donde C es la concentración de oxígeno (mg/L); Po2 es la presión parcial de oxígeno (mmHg); a es el coeficiente de solubilidad (mg/mmHg·L). El coeficiente de solubilidad a no sólo está relacionado con la temperatura, sino también con la composición de la solución. Para una solución acuosa con temperatura constante, a es una constante y se puede medir la concentración de oxígeno. La expresión de la concentración de oxígeno no se usa comúnmente en la industria de la fermentación, pero se expresa mediante la concentración de oxígeno en procesos como el tratamiento de aguas residuales y el agua potable.
Factores que afectan la medición del oxígeno disuelto
3. Factores que afectan la medición del oxígeno disuelto La solubilidad del oxígeno depende de la temperatura, la presión y las sales disueltas en el agua. Además, la relación de difusión del oxígeno a través. La solución a través de la membrana se difunde rápidamente y se producirán interferencias si el caudal es demasiado lento.
⒈ Efecto de la temperatura Debido a los cambios de temperatura, el coeficiente de difusión de la membrana y la solubilidad del oxígeno cambiarán, lo que afecta directamente la salida de corriente del electrodo de oxígeno disuelto. A menudo se utilizan termistores para eliminar el efecto. de temperatura. A medida que aumenta la temperatura, aumenta el coeficiente de difusión y disminuye la solubilidad. El efecto de la temperatura sobre el coeficiente de solubilidad a se puede estimar según la ley de Henry, y el efecto de la temperatura sobre el coeficiente de difusión de la membrana β se puede estimar según la ley de Arrhenius.
⑴Coeficiente de solubilidad del oxígeno: Porque el coeficiente de solubilidad a no solo se ve afectado por la temperatura, sino también por los componentes de la solución. A la misma presión parcial de oxígeno, las concentraciones reales de oxígeno de diferentes componentes también pueden ser diferentes. Según la ley de Henry, se puede saber que la concentración de oxígeno es proporcional a su presión parcial. Para soluciones diluidas, el cambio en el coeficiente de solubilidad a con cambios de temperatura es de aproximadamente 2%/°C.
⑵ Coeficiente de difusión de la membrana: Según la ley de Arrhenius, la relación entre el coeficiente de solubilidad β y la temperatura T es: C=KPo2·exp(-β/T), donde se supone que K y Po2 son constantes, entonces se puede calcular que β es 2,3%/℃ a 25℃. Después de calcular el coeficiente de solubilidad a, el coeficiente de difusión de la membrana se puede calcular comparando la indicación del instrumento y el valor del análisis de laboratorio (el proceso de cálculo se omite aquí. El coeficiente de difusión de la membrana es 1,5%/°C a 25). °C.
⒉ La influencia de la presión atmosférica Según la ley de Henry, la solubilidad de un gas es proporcional a su presión parcial. La presión parcial de oxígeno está relacionada con la altitud del área. La diferencia entre el área de la meseta y el área de la llanura puede alcanzar el 20%. Debe compensarse de acuerdo con la presión atmosférica local antes de su uso. Algunos instrumentos están equipados con un barómetro, que se puede corregir automáticamente durante la calibración; algunos instrumentos no están equipados con un barómetro y deben configurarse de acuerdo con los datos proporcionados por la estación meteorológica local durante la calibración. dar lugar a grandes errores de medición.
⒊ Contenido de sal en la solución El oxígeno disuelto en el agua salada es significativamente menor que el oxígeno disuelto en el agua del grifo. Para una medición precisa, se debe considerar el efecto del contenido de sal sobre el oxígeno disuelto. Cuando la temperatura permanece sin cambios, por cada aumento de 100 mg/L en el contenido de sal, el oxígeno disuelto disminuye aproximadamente un 1%. Si el contenido de sal de la solución utilizada al calibrar el medidor es bajo, pero el contenido de sal de la solución medida real es alto, también se producirán errores. En el uso real, se debe analizar el contenido de sal del medio de medición para una medición precisa y una compensación correcta.
⒋ El caudal de la muestra. La difusión del oxígeno a través de la membrana es más lenta que la difusión a través de la muestra. Es necesario asegurar que la membrana del electrodo esté en completo contacto con la solución. Para el método de detección de flujo continuo, el oxígeno de la solución se difundirá hacia la celda de flujo, lo que provocará la pérdida de oxígeno en la solución cerca de la membrana, lo que provocará interferencias en la difusión y afectará la medición. Para medir con precisión, se debe aumentar el caudal de la solución que fluye a través de la membrana para compensar la pérdida de oxígeno por difusión. El caudal mínimo de la muestra es 0,3 m/s.
Cuestiones a tener en cuenta
4. Cuestiones a tener en cuenta Siempre que el analizador de oxígeno disuelto se seleccione, configure y mantenga adecuadamente, generalmente puede cumplir con los requisitos de medición del proceso. Los principales problemas causados por el mal uso de los analizadores de oxígeno disuelto son: uso y mantenimiento incorrectos; compensación anormal de temperatura causada por fugas internas del electrodo, reducción de la impedancia de entrada, etc.
⒈ Mantenimiento de rutina El mantenimiento de rutina del instrumento incluye principalmente la limpieza, calibración y regeneración periódicas de los electrodos.
⑴El electrodo debe limpiarse una vez cada 1 o 2 semanas. Si hay contaminantes en el diafragma, se producirán errores de medición. Tenga cuidado de no dañar el diafragma al limpiarlo. Enjuague el electrodo con agua limpia. Si la suciedad no se puede eliminar, límpielo con cuidado con un paño suave o un paño de algodón.
⑵El punto cero y el intervalo deben recalibrarse cada 2 o 3 meses.
⑶El electrodo se regenera aproximadamente una vez al año. Cuando no se puede ajustar el rango de medición, es necesario regenerar el electrodo de oxígeno disuelto. La regeneración de electrodos incluye reemplazar el electrolito interno, reemplazar el diafragma y limpiar el electrodo de plata. Si se observa oxidación en el electrodo de plata, púlelo con papel de lija fino. ⑷Si se encuentran fugas en el electrodo durante el uso, se debe reemplazar el electrolito.
⒉ Calibración de instrumentos El método de calibración de instrumentos generalmente puede utilizar calibración de líquido estándar o calibración de muestreo in situ.
⑴Método de calibración de solución estándar: la calibración de solución estándar generalmente utiliza calibración de dos puntos, es decir, calibración de punto cero y calibración de intervalo. La solución de calibración de punto cero puede utilizar una solución de Na2SO3 al 2%. La solución de calibración de rango se puede seleccionar según el rango de medición del instrumento: solución de KCl 4 M (2 mg/L); solución de metanol al 50 % (21,9 mg/L).
⑵ Método de calibración de muestreo in situ (método Winkler): en el uso real, el método Winkler se utiliza a menudo para la calibración in situ de analizadores de oxígeno disuelto. Hay dos situaciones al utilizar este método: cuando se toma el muestreo, la lectura del medidor es M1 y el valor del análisis de laboratorio es A. Cuando el medidor está calibrado, la lectura del medidor sigue siendo M1. En este momento, solo necesita ajustar el medidor. lectura igual a A; cuando se toma el muestreo, la lectura del medidor es M1, el valor del análisis de laboratorio es A. Cuando el medidor está calibrado, la lectura del medidor cambia a M2. En este momento, la lectura del medidor no se puede ajustar para que sea igual a A. pero la lectura del medidor debe ajustarse a 1 M A × M2 3. Problemas a los que se debe prestar atención durante el uso Se deben tener en cuenta los siguientes problemas durante el uso: Debido a la alta impedancia de la señal del electrodo de oxígeno disuelto (aproximadamente 20 MΩ), el la distancia máxima entre el electrodo de oxígeno disuelto y el convertidor es de 50 m; el electrodo de oxígeno disuelto debe estar en condiciones de funcionar cuando no esté en uso y puede conectarse a la conversión de oxígeno disuelto en el dispositivo. Los electrodos que han estado mucho tiempo o que están regenerados (reemplazo de electrolito o membrana) deben colocarse en un ambiente libre de oxígeno para su polarización durante 1 a 2 horas antes de su uso, ya que los cambios de temperatura tienen un gran impacto en la difusión y el oxígeno. solubilidad de la membrana del electrodo, la calibración debe ser más cuidadosa durante un tiempo prolongado (aproximadamente 10 minutos) para permitir que la resistencia de compensación de temperatura alcance el equilibrio; la presión parcial de oxígeno está relacionada con la altitud del área, y el instrumento debe estar compensado de acuerdo con la presión atmosférica local antes de su uso; cuando el contenido de sal de la solución de medición es alto, el instrumento debe calibrarse. Utilice una solución con un contenido de sal comparable para la medición del flujo, se requiere el caudal mínimo a través del electrodo; ser 0,3 m/s.