一种水中臭氧浓度检测装置

1.本发明涉及水中臭氧浓度检测技术领域，尤其涉及一种水中臭氧浓度检测装置。


背景技术：

2.臭氧(o3)是一种无二次污染的强氧化剂、强杀菌剂。在饮用水、食品加工、医疗卫生、化学工业、半导体工业、以及环境保护领域已得到广泛的应用，尤其是臭氧水的应用前景十分广阔，因而水中臭氧浓度在线监测十分重要；目前，水中臭氧浓度多采用非现场离线抽样检测(如紫外光谱法、碘量法)，不能满足现场生产臭氧水的技术要求。
3.现有公开的臭氧水浓度检测技术中，存在电极界面的臭氧水不能及时自动稳定更新，以及检测的臭氧浓度严重“滞后”的问题。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提出一种水中臭氧浓度检测装置，具体技术方案为：
5.一种水中臭氧浓度检测装置，包括检测器、恒电位仪和设置于检测器内工作电极、参考电极、对电极，还包括归零辅助电极，所述检测器内通过阳离子交换膜分隔成溶液室和检测室，所述溶液室内填充有电解质溶液，所述检测室内恒流地流通臭氧水；所述参考电极和对电极均设置于溶液室内，所述工作电极和归零辅助电极紧贴阳离子交换膜地设置于检测室内；所述工作电极、参考电极、对电极分别通过电极引线与恒电位仪进行电连接，所述恒电位仪电连接有用于显示水中臭氧浓度的显示器，所述工作电极和归零辅助电极通过电极引线连接有负脉冲发生器。
6.进一步地，所述电解质溶液为0.1～0.5mol/l的nacl和0.1～0.2mol/l的h2so4混合电解质溶液。
7.进一步地，所述检测室的臭氧水入口管路上设置有恒流计量泵。
8.进一步地，所述阳离子交换膜表面采用化学沉积法沉积形成贵金属薄层，以形成工作电极和归零辅助电极。
9.进一步地，所述工作电极和归零辅助电极由金、铂或镍构成。
10.本发明有益效果：
11.(1)采用负脉冲发生器及时消除工作电极表面吸附的臭氧而产生的“滞后”情况，提高检测精度，实现在线精确检测；
12.(2)设置恒流计量泵，持续稳流地更新检测室内被检测的臭氧水，避免水流波动而影响检查精度；
13.(3)采用阳离子交换膜分隔溶液室和检测室，确保参考电极的电位稳定，提高检测精度；
14.(4)本装置能精确检测高浓度的臭氧水，可广泛应用于臭氧水生产现场。
附图说明
15.图1为本发明的水中臭氧浓度检测装置示意图。
16.图2为本发明的工作电极和归零辅助电极化学沉积示意图。
17.图3为本发明实施例1臭氧水浓度与臭氧还原电流峰值(i
p
)的关系图。
18.图4为本发明实施例2臭氧水浓度与臭氧还原电流峰值(i
p
)的关系图。
19.图5为本发明实施例3臭氧水浓度与臭氧还原电流峰值(i
p
)的关系图。
20.图中：1检测器，101溶液室，102检测室，103工作电极，104参考电极，105对电极，106归零辅助电极，107阳离子交换膜，2恒电位仪，3显示器，4脉冲发生器，5恒流计量泵，6进液管，7出液管，8沉积室，801室一，802室二，9离子室，10还原室，11循环管，12循环泵，13出气管。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述：
22.如图1所示，一种水中臭氧浓度检测装置，包括检测器1、恒电位仪2、归零辅助电极106和设置于检测器1内工作电极103、参考电极104、对电极105，所述检测器1内通过阳离子交换膜107分隔成溶液室101和检测室102，所述溶液室101内填充有电解质溶液，所述检测室102内恒流地流通臭氧水；所述参考电极104和对电极105均设置于溶液室101内，所述工作电极103和归零辅助电极106紧贴阳离子交换膜107地设置于检测室102内；所述工作电极103、参考电极104、对电极105分别通过电极引线与恒电位仪2进行电连接，所述恒电位仪2电连接有用于显示水中臭氧浓度的显示器3，所述工作电极103和归零辅助电极106通过电极引线连接有负脉冲发生器4。
23.其中，所述电解质溶液为0.1～0.5mol/l的nacl和0.1～0.2mol/l的h2so4混合电解质溶液。
24.具体地，所述溶液室101和检测室102分别位于阳离子交换膜107的上下部，所述工作电极103和归零辅助电极106设置于阳离子交换膜107的底面；所述检测室102的底面开设进液管6，所述进液管6上设置恒流计量泵5，靠近归零辅助电极106的检测室102上部开设出液管7，从而可及时更新流过工作电极103和阳离子交换膜107表面的被检测臭氧水样。
25.所述参考电极104由银/氯化银构成，所述对电极105由铂构成，所述参考电极104、对电极105可制作成棒状或板状；所述阳离子交换膜107表面采用化学沉积法沉积形成贵金属薄层，以形成工作电极103和归零辅助电极106。
26.优选地，所述工作电极103和归零辅助电极106的贵金属薄层为金、铂或镍。
27.本装置检测水中臭氧浓度的过程为：
28.被检测的臭氧水经恒流计量泵5流过检测室102，臭氧水与工作电极103充分接触，并在恒流计量泵5作用下连续不断地更新被检测的臭氧水。所述参考电极104、对电极105和工作电极103接入恒电位仪，确保给定恒定电位在参考电极104和工作电极103之间，恒电位仪2输出臭氧还原电流峰值(i
p
)至显示器3，该臭氧还原电流峰值(i
p
)随臭氧水浓度(mg/l)值呈现一定的线性变化；同时，负脉冲发生器4在前一次检测后立即在工作电极103/归零辅助电极106之间及时施加一个“负脉冲”信号，使工作电极103及时归零，消除残余臭氧吸附于工作电极103表面而产生的“滞后”情况，提高检测精度，实现在线精确检测。
29.其中，负脉冲发生器4可根据检测频率、水中臭氧浓度范围等参数设定相应的负脉冲信号。
30.所述阳离子交换膜107表面沉积形成工作电极103和归零辅助电极106的过程如下：
31.如图2所示为金属/阳离子交换膜107的化学沉积装置示意图。
32.此化学沉积装置包括沉积室8、装有金属离子溶液的离子室9和装有还原剂溶液的还原室10，还原室10和离子室9的顶部均设置有出气管13，所述沉积室8的中部安装阳离子交换膜107，以使沉积室8分隔成室一801和室二802；其中，离子室9与室一801的顶部、底部分别通过循环管11相连通，还原室10与室二802的顶部、底部分别通过循环管11相连通，两条底部的循环管11上分别设置循环泵12。
33.作为一个实施例，金属离子溶液相至少含有一种贵金属和正丁醇溶液，在循环泵12的作用下，使金属离子溶液在离子室9与室一801内均匀流动；还原剂溶液相至少含有一种还原剂(如：nabh4)，在循环泵12的作用下，使还原剂溶液在还原室10与室二802内均匀流动。所述阳离子交换膜107两侧的室一801和室二802内溶液温度均控制在20～40℃；此时，室一801和室二802的溶液相内金属离子和还原剂发生相向扩散迁移，在阳离子交换膜107/金属离子溶液界面一侧化学沉积4～8小时后形成一层薄层金属，从而在阳离子交换膜107的表面零间距地形成工作电极103和归零辅助电极106。
34.作为优选，阳离子交换膜107两侧的金属离子溶液和还原剂溶液浓度均为0.0125～0.0250mol/l。
35.实施例1：
36.沉积于阳离子交换膜107表面的工作电极103和归零辅助电极106的贵金属为金(au)，但工作电极103和归零辅助电极106不接入或不启用负脉冲发生器4(即归零辅助电极106作用失效，工作电极103不能及时归零，其表面可能吸附残留未还原的臭氧)。
37.其中，恒电位仪施加给定电位-0.5v，采用本装置在线检测臭氧水浓度(mg/l)与臭氧还原电流峰值(i
p
)的关系如图3所示，其线性拟合相关系数为98.97％。
38.实施例2：
39.沉积于阳离子交换膜107表面的工作电极103和归零辅助电极106的贵金属为金(au)，且接入负脉冲发生器4，负脉冲发生器4产生的负脉冲信号参数为：脉冲高度≥1.23v，脉冲宽度1～2秒。
40.其中，恒电位仪施加给定电位-0.5v，采用本装置在线检测臭氧水浓度(mg/l)与臭氧还原电流峰值(i
p
)的关系如图4所示，其线性拟合相关系数为99.51％。
41.实施例3：
42.沉积于阳离子交换膜107表面的工作电极103和归零辅助电极106的贵金属为金(au)，且接入负脉冲发生器4，负脉冲发生器4产生的负脉冲信号参数为：脉冲高度≥1.23v，脉冲宽度1～2秒。
43.其中，恒电位仪施加给定电位-0.5v，采用本装置在线检测臭氧水浓度(mg/l)与臭氧还原电流峰值(i
p
)的关系如图5所示，其线性拟合相关系数为99.95％。
44.如图3、4所示，在检测水中高臭氧浓度时，臭氧水浓度(mg/l)与臭氧还原电流峰值(i
p
)的线性拟合相关系数均较高，而设置且启用归零辅助电极106后，能提高水中臭氧浓度
的检测精度。
45.如图4、5所示，启用归零辅助电极106时，臭氧水浓度(mg/l)与臭氧还原电流峰值(i
p
)的线性拟合相关系数更高，而用于检测水中低臭氧浓度时，更显著地提高水中臭氧浓度的检测精度。
46.图3至5中，各参数分别为：
47.r
‑‑
表示线性拟合相关系数；
48.sd
‑‑
表示标准差，标准偏差；
49.n
‑‑
表示数据组数，样本数；
50.p
‑‑
表示0假设成立的概率。