Главная arrow Тех. информация arrow Теоретические основы измерения содержания растворенного кислорода
Теоретические основы измерения содержания растворенного кислорода Печать E-mail
Концентрация растворенного кислорода является ключевым параметром в самых разных отраслях промышленности. Результат измерения используется для контроля состояния фармацевтических процессов, брожения, производства напитков и продуктов питания, а также при водоподготовке и очистке сточных вод.

Например, при выращивании клеток в биотехнологии или для нормальной работы активного ила при очистке воды основной задачей является поддержание концентрации растворенного кислорода на определенном, достаточно высоком, уровне. В других областях промышленности, например, в химической и пищевой, для обеспечения безопасности и должного качества продукции требуется поддерживать минимальное содержание растворенного кислорода.

Принцип работы датчика
Датчик растворенного кислорода состоит, как правило, из серебряного анода и катода, выполненного из драгоценного металла — серебра, золота или платины. И катод, и анод погружены в раствор электролита, отделенный от внешней среды газопроницаемой мембраной. Молекулярный кислород диффундирует через мембрану и восстанавливается на катоде.

Процессы, протекающие на аноде и катоде, описываются следующими уравнениями:

Катод, восстановление: 

Катод, восстановление

 Анод, окисление:

Анод, окисление

Общее уравнение реакции:

уравнение реакции

 


Кислород, проникающий через мембрану, восстанавливается на катоде, на который подается постоянное напряжение. В результате возникает электрический ток, пропорциональный парциальному давлению кислорода. Принимая во внимание закон идеального газа
PV = nRT ,


связывающий давление газа (P) с числом его молекул (n), результат измерения растворенного кислорода может быть выражен в единицах мг/л O2, при условии наличия в конструкции датчика термистора для температурной компенсации показаний.

Количество кислорода, диффундирующего через мембрану, зависит от следующих параметров: • парциального давления кислорода;
• материала и толщины мембраны;
• размера катода;
• напряжения поляризации;
• температуры;
• характеристики потока.


Как известно, воздух представляет собой смесь газов, причем 21% этой смеси составляет кислород. Поскольку при нормальных условиях давление воздуха 760 мм рт. ст., то «доля кислорода» (21%) будет равна 160 мм рт. ст. При увеличении общего давления вдвое парциальное давление кислорода также удвоится, однако датчик отреагирует на такое изменение как на увеличение концентрации растворенного кислорода. Именно по этой причине калибровка измерительной системы по воздуху (в % содержания кислорода) действительна только при общем давлении 1 атм. При ином давлении необходимо проводить настройку по образцу, так как растворимость газа пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью.

 

Влияние температуры на взаимосвязь концентрации растворенного кислорода в единицах ppm и % насыщения
Влияние температуры на взаимосвязь концентрации растворенного кислорода в единицах ppm и % насыщения.
Наиболее часто применяются следующие единицы концентрации растворенного кислорода — мг/л O2 и ppm (parts per million), которые равны при плотности раствора 1 г/см3. Однако не менее востребованной является также шкала «% насыщения», отражающая количество кислорода, которое может удержать жидкость при данной температуре. Для любой жидкости существует четкая взаимосвязь этих концентрационных шкал, определяемая экспериментально для каждого значения температуры.



Наряду с температурой, ионная сила раствора (то есть концентрация солей) также имеет существенное влияние на содержание растворенного кислорода. В связи с этим необходимо взять соответствующую поправку.



Самым простым способом измерения солености является кондуктометрия, предельно упрощающая калибровку и использование систем измерения растворенного кислорода.



Таким образом, контроль содержания растворенного кислорода, позволяет значительно улучшить качество выпускаемой продукции и оптимизировать затраты производства.

 
 
Вернуться