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微量氧氣分析儀:精準(zhǔn)監(jiān)測空氣中氧氣含量

來源:技術(shù)文章    更新時間:2024-11-28    瀏覽:1285次
  為了保證生產(chǎn)過程中的質(zhì)量和安全,微量氧氣分析儀在許多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,例如醫(yī)療、食品、制藥等行業(yè)。本文將介紹該分析儀器的定義、工作原理以及在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用。
 
  一、什么是微量氧氣分析儀?
  該分析儀器是一種用于檢測空氣中氧氣含量的專業(yè)測試設(shè)備。它能夠精確地測量氧氣濃度,同時具備高靈敏度、高精度等特點,可用于醫(yī)療、食品、制藥、環(huán)保等領(lǐng)域的氧氣濃度監(jiān)測。
 

 

  二、主要工作原理:
  微量氧氣分析儀的工作原理基于電化學(xué)法或光學(xué)法。其中,電化學(xué)法是指利用電化學(xué)反應(yīng)來檢測氧氣濃度的方法。光學(xué)法則是利用光的吸收、發(fā)射或干涉來檢測氧氣濃度的方法。兩種方法都可以實現(xiàn)對空氣中微量氧氣濃度的快速、準(zhǔn)確檢測。
 
  微量氧的分析方法主要有比色法、化學(xué)電池法、黃磷發(fā)光法、濃差電池法和氣相色譜法。其中比色法是較早采用的分析方法,它是國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法,利用銅氨溶液進(jìn)行比色分析,由于操作復(fù)雜,準(zhǔn)確度難以保證,并且不能實現(xiàn)自動在線分析,現(xiàn)在已很少采用,不過它還是一種仲裁方法。黃磷發(fā)光法是利用氧氣與黃磷氧化燃燒進(jìn)行分析,具有分析速度快,可以連續(xù)分析的特點,但該方法采用的黃磷是危險化學(xué)品,生成的產(chǎn)物具有腐蝕性,并且檢測限低,所以現(xiàn)在已很少采用。在這里主要介紹化學(xué)電池法、濃差電池法和氣相色譜法。 

  1.化學(xué)電池法
  化學(xué)電池法的微量氧分析儀指的利用氧化還原電池的原理進(jìn)行微量氧分析,它的傳感器(檢測器)是化學(xué)原電池,主要由一個陰極,一個陽極和電解液組成,以上部件密封于惰性的殼中,被測氣體中的氧進(jìn)入電池中陰極附近O2得到電子,陽極由金屬鉛制成,失去電子本身被氧化,電池產(chǎn)生的電子由電路引出然后進(jìn)行補償修正放大,即可測出被測氣體中的氧含量。反應(yīng)式如下:
O2+2H2O+4e-→40H-  陰極
Pb+2OH-→pbo+H2O+2e  陽極
總反應(yīng)式2pb+O2→2pbO
因?qū)崿F(xiàn)方式的不同,可分為原電池法、燃料電池法和赫茲電池法。

  2.濃差電池法
  濃差電池法也稱為氧化鋯電池法,它是利用氧化鋯元件為檢測器的關(guān)鍵部件,以它為主體構(gòu)成測氧電池,包括氧化鋯管及涂制在管底部的鉬電極和電極引線,電極引線可將信號引出;加熱爐用于加熱氧化鋯管,使它恒定在設(shè)定溫度(780±10℃)上;標(biāo)氣管用于接通標(biāo)氣,校準(zhǔn)探頭;熱電偶用于測量氧電池中的溫度,接入變送器溫控系統(tǒng);接線板設(shè)有信號、熱電偶和加熱爐三對接線柱,其它還有過濾器、安裝法蘭和探頭外殼。如圖1所示,在氧化鋯管底的內(nèi)外表面有兩個鉑電極,即參比電極和測量電極,分別帶有兩根鉑引線,構(gòu)成一個氧化鋯測氧電池,即氧濃差電池,它在鉑電極的反應(yīng)原理是O2+4e→2O2- ;2O2-→O2+4e ,于是,兩電極間就形成了電位差,組成了濃差電池(2)。
  氧化鋯濃差電池的主要缺點是還原性雜質(zhì)對微量氧的分析有影響。因為在500-800攝氏度的情況下,還原性物質(zhì)可以與氧發(fā)生反應(yīng),消耗氧使分析結(jié)果偏低,它的主要優(yōu)點是量程范圍寬,可覆蓋常量至微量的氧含量分析,使用方便,使用壽命長。

  3.氣相色譜法
  氣相色譜法進(jìn)行微量氧分析的優(yōu)勢在于多種雜質(zhì)可以同時檢測,因為空分氣體中的雜質(zhì)分離比較容易,所以色譜柱系統(tǒng)的配置簡單。在進(jìn)行包含微量氧的多種雜質(zhì)檢測時,選擇色譜分析比較合適??梢赃x擇的色譜檢測器主要有熱導(dǎo)檢測器、電子捕獲檢測器、氦離子化檢測器、氬離子化檢測器、放電離子化檢測器、原子發(fā)射檢測器(AED)等。

  三、不同領(lǐng)域中的應(yīng)用:
  1.醫(yī)療行業(yè):在醫(yī)療過程中,動脈血氧飽和度是一個十分重要的參數(shù)。它可以通過非侵入性的方式,測量患者的動脈血氧飽和度,并及時提供數(shù)據(jù)支持,確保醫(yī)療人員對患者的監(jiān)測和治療更加精準(zhǔn)。
  2.食品行業(yè):氧氣是食品中微生物生長的必要條件,但過高或過低的氧氣含量都會影響食品的質(zhì)量和安全。它可以幫助廠家監(jiān)測食品包裝中的氧氣含量,保證食品質(zhì)量和安全。
  3.制藥行業(yè):在制藥過程中,氧氣含量的變化會影響藥品的穩(wěn)定性和活性。它可實時監(jiān)測制藥過程中的氧氣含量,確保藥品的質(zhì)量和效果。
  4.環(huán)保行業(yè):空氣中氧氣含量的檢測對于環(huán)保監(jiān)測也是非常重要的。它可以幫助環(huán)保人員監(jiān)測大氣中的氧氣含量,及時發(fā)現(xiàn)和診斷空氣質(zhì)量問題。
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