我们知道地球大气层上有一层臭氧层，科学家们已经发现臭氧层能吸收紫外线，研究表明臭氧仅对波长253.7nm的紫外线具有最大吸收系数，在此波长下紫外线通过臭氧会产生衰减，符合兰波特——比尔定律。该方法已被美国等国家作为臭氧标准分析方法。该臭氧检测仪就是采用紫外线吸收法的原理，用稳定的紫外灯光源产生紫外线，用光波过滤器过滤掉其它波长紫外光，只允许波长253.7nm通过。经过样品光电传感器，再经过臭氧吸收池后，到达采样光电传感器。通过样品光电传感器和采样光电传感器电信号比较，再经过数学模型的计算，就能得出臭氧浓度大小。
臭氧分析仪的检测方法及其原理介绍
臭氧浓度检测方法大致可分为“化学分析法”、“物理分析法”、“物理化学分析法”三类.
1.化学检测法
1.1碘量法
碘量法是最常用的臭氧测定方法,我国和许多国家均把此法作为测定气体臭氧的标准方法,我国建设部发布的《臭氧发生器臭氧浓度、产量、电耗的测量》标准CJ/T3028.2—94中即规定使用碘量法.
其原理为强氧化剂臭氧(O3)与碘化钾(KI)水溶液反应生成游离碘(I2).臭氧还原为氧气.
反应式为：O3 2KI H2O→O2 I2 2KOH
游离碘显色,依在水中浓度由低至高呈浅黄至深红色.
利用硫代硫酸钠(NaS2O3)标准液滴定,游离碘变为碘化钠(NaI),反应终点为完全褪色止.
反应式为：I2 2Na2S2O3→2NaI NaS4O6
两反应式建立起O3反应量与NaS2O3消耗量的定量关系为1molO3：2molNaS2O3,
则臭氧浓度CO3计算式为：CO3=40x3x1000/1000(mg/L)
式中：CO3——臭氧浓度,mg/L;ANa——硫代硫酸钠标准液用量,ml;B——硫代硫酸钠标准液浓度,mol/L;V0——臭氧化气体取样体积,ml.
操作程序及方法参照标准CJ/T3028.2—94.
测定标准型发生器浓度很方便.臭氧化气体积用流量计计数,NaS2O3浓度一般配制为0.100mol/L,测定精度可达±1%.
测定空气中臭氧浓度时,应用在气采样器抽气定量.为保证测定精度,NaS2O3配为0.10mol/L.
测定水溶臭氧浓度亦可用此公式计算,只是V0代表采水量,取1000ml.NaS2O3浓度为0.10mol/L.
碘量法优点为显色直观.不需要贵重仪器.缺点是易受其氧化剂如NO、CI2等物质的干扰,在重要检测时应减除其它氧化物质的影响.
1.2比色法
比色法是根据臭氧与不同化学试剂的显色或脱色反应程度来确定臭氧浓度的方法.按比色手段分为人工色样比色与光度计色.此法多用于检测水溶解臭氧浓度.
国内检测瓶装水臭氧溶解浓度有使用碘化钾、邻联甲胺等比色液的.其方式是利用检测样品显色液管相比较,确定测样臭氧溶解度值(0.05~0.08mg/L),要求精确的,则利用分光光度计检测.
国外利用此法做成仪器,配制标准工具与药品作为现场抽检使用,很方便.如美国HACH公司、日本荏原公司的DPD(二己基对苯二胺)比色盘,范围为0.05~2mg/L.美国HACH公司微型比色仪,利用靛蓝染料脱色反应.在600nm波长比色,0.05~0.75nm/L浓度数字显示,精度±0.01nm/L.受其它氧化剂干扰少.
1.3检测管
将臭氧氧化可变化试剂浸渍在载体上,作为反应剂封装在标准内径的玻璃管内做成测管,使用时将检测管两端切断,把抽气器接到检测管出气端吸取定量臭氧气体,臭氧浓度与检测管内反应剂柱变色长度成正比,通过刻度值读取浓度值.德国、日本和我国都生产臭氧检测管,浓度范围分为高(1000ppm)、中(10ppm)、低(3ppm)三种,用于检测空气臭氧浓度,适于现场应用,使用简便,但精度低(为±15%).
2.物理方法
物理方法分析臭氧现在在国际上最流行的是紫外线吸收法.它是利用臭氧对254nm波长的紫外线特征吸收的特性,依据比尔—郎伯(Beer-Lambert)定律制造出的分析仪器,只要选择合适长度的吸收池,就可以检测0.002mg/m3~5%(vol)浓度的臭氧.其线形在4~5个数量级内都很好.该法已被我国作为环境空气中测定臭氧的标准方法(GB1/T1154348).
紫外线吸收法不但可以适用于检测气体中臭氧浓度,也可以检测水中溶存的臭氧浓度.
紫外线吸收法的仪器在美国、的国、瑞士、日本都有产品.我国北京分析仪器厂于1985年引进了美国莫尼特(MONITORLABS)公司的ML-8810型紫外吸收式臭氧分析器,用于环境检测,1992年以后又陆续扩展量程到100ppm、1000ppm.北京超能自控实验技术研究所在1999年开发了ZX-01系列紫外线吸收式臭氧分析器,其测量范围从0~10ppm(用于环境检测)、0~100ppm、0~1000ppm、0~10000ppm到0~25000ppm.
2.1紫外线吸收法原理
辐射被某种气体或液体吸收是受朗伯-比尔(LambertBeer)定律控制的：
I=Ioeklc
式中Io——入射光束的强度;
I——光束穿透样品(气体或液体)后的强度;
l——通过样品光程的长度;
c——样品内吸收物质的浓度;
k——吸收物质对该光线波长的比吸收系数.
此种检测需要对物质在已知波长下k值的精确了解.
2.2臭氧检测
臭氧吸收短波紫外区(200~300nm)哈特雷波段紫外光,在253.7nm处具有最大吸收。在此波长,吸收系数值的范围从303.9到313.2cm-1·mol-1·L(273K和760mmHg),研究者证实了该值为302.4cm-1·mol-1·L.
2.3布朗-吕伯
布朗-吕伯分析仪(前联邦德国汉堡)的工作原理.水银灯的辐射经聚光镜聚焦形成平行光束透过测皿照射到光线接收器上,一部分辐射光线被分光镜折射到参比检测用的另一光线接收器上,光强用一可变光栏调节到同一水平.两只光线接受器接在桥式电路内,测皿吸收的光引起桥式电路的不平衡,一只伺服电机供恢复平衡用,其校正动作范围与光吸收相符.该仪器内装有自动零点补偿.当测量空气中臭氧时,通过一只电磁阀将惰性气引入测皿,当检测水中臭氧时,将标准溶液注入测皿.
3.物理化学方法
3.1靛蓝二磺酸钠(简称IDS)分光光度法
其原理是含臭氧的气体在有多孔玻板的吸收管中通过兰色的IDS溶液,生成的溶液用分光广度计在610nm处测量,通过计算得出臭氧浓度.这种方法操作比较复杂,用于检测环境中臭氧浓度或作为基准用来标定物理方法仪器(低浓度).
IDS法也被定为国家标准用来测定环境中的臭氧浓度(GB/T15437).
3.2化学发光法
该法是利用台过量的乙烯(或NO)与臭氧发生化学发光,用光电倍增管接受发光光强来计算出臭氧的浓度.此法在上世纪七、八十年代很盛行,曾经被美国ERP列为环境检测标准方法之一.现已被紫外法所取代.
