Мембранный кислородомер

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРЕННОГО КИСЛОРОДА В ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОДАХ

Выполнил студент

II курса 2 группы

Кашин А.Г.

Принял преподаватель

Самородов А.В.

Архангельск
2000

Общие положения

При оценке санитарного состояния водоемов большое значение имеет содержание растворенного кислорода. Содержание кислорода зависит от природных факторов: температуры воды; атмосферного давления; содержания растворенных солей. Концентрация растворенного кислорода в значительной мере характеризует способность водоема к самоочищению. Кислород расходуется во многих биохимических реакциях. В первую очередь на окисление органических примесей. Попадание примесей связано со сбросом сточных вод. Если из-за большого количества загрязнений кислород будет полностью израсходован, большинство организмов в водоеме погибнут. И водоем начнет загнивать. Согласно требованиям к составу и свойствам воды концентрация кислорода в водоемах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения должна быть не менее 4 мг/кг H₂O, а в водоемах рыбохозяйственного назначения не менее 6 мг/кг H₂O.

Цель работы: Знакомство с методами определения концентрации растворенного кислорода в воде. Изучение принципа действия кислородомера с мембранным датчиком.

Краткая характеристика методов определения концентрации растворенного кислорода.

1. Йодометрический метод.

Этот метод считается классическим и позволяет определять кислород при содержании его не ниже 0,2¸0,3 мг/кг H₂O.

2. Фотометрический метод.

Этот метод основан на реакциях взаимодействия специального красителя с кислородом анализируемой пробы воды и измерении интенсивности окраски образовавшегося соединения. Измерения выполняют с помощью прибора, называющегося фотокалориметром.

3. Таллиевый метод.

Этот метод основан на принципе взаимодействия металлического таллия (Tl) с растворенным в воде кислородом. В результате происходит изменение электрической проводимости анализируемой пробы воды.

4. Мембранный метод.

Этот метод основан на диффузии растворенного кислорода через полимерную мембрану, в результате чего изменяется сила электрического тока в гальваническом элементе. Этот метод рассмотрим подробнее.

Мембранный кислородомер

Этот прибор конструктивно более прост и более надежен в эксплуатации по сравнению с другими кислородомерами. Также более совершенны динамические характеристики прибора. В частности время установки показаний около 2-х минут. Мембранный кислородный датчик работает по принципу гальванического элемента с серебряным катодом и цинковым анодом. Электроды помещены в резервуар, заполненный жидким электролитом. Электролит представляет собой смесь растворов KCl и KHCO₃. Электролит отделен от испытуемой пробы воды тефлоновой мембраной. Растворенный кислород диффундирует через мембрану в слой электролита, где подлежит восстановлению на катоде по реакции: O₂+2H₂O+4e^-®4OH^-.

Одновременно на аноде происходит окисление цинка по реакции: Zn⁰®Zn²⁺+2e^-.

Интенсивность возникающего тока линейно зависит от парциального давления кислорода, растворенного в воде при данной температуре. Электрический ток от датчика усиливается и преобразуется вторичным прибором и измерительной шкалой.

Перед измерением необходимо выполнить калибровку датчика по двум растворам:

1. 0-й раствор – 5г соли Na₂CO₃, растворенных в 95г воды. При погружении датчика в этот раствор стрелку прибора устанавливают на ноль.

2. Раствор 100%-но насыщенный кислородом. Его можно получить путем насыщения воды воздухом в течении 15 минут с помощью микрокомпрессора.

Градуировка шкалы прибора выполнена в % к равновесной концентрации кислорода в воде при данных температуре и атмосферном давлении.

Обозначим показания прибора: С_В, (%). Равновесная концентрация С_Р, (мг/кг) соответствует 100%-му насыщению воды кислородом. Величина С_Р является функцией атмосферного давления В и температуры воды t_B: С_Р=f(B;t_B). Равновесную концентрацию С₀, (мг/кг), при атмосферном давлении, равном 760 мм рт. ст. определяют в зависимости от температуры воды по специальной таблице, т.е. С₀=f(t_B). При этом С_Р=С₀×В/760, (мг/кг), если В – в мм рт. ст. И С_Р=С₀×В/101325, (мг/кг), если В – в Па. Т.о. массовая концентрация растворенного кислорода в пробе воды есть величина: С=С_Р×С_В/100%, (мг/кг).

Таблица результатов измерений и расчетов.

№ опыта	В, кПа	tB, °С	СВ, %	С0, мг/кг	СР, мг/кг	С, мг/кг
1.		2,4		13,71	13,94	12,55
2.				11,84	12,03	12,03
3.				9,61	9,77	7,33
4.				7,58	7,70	2,31