《建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》 教案 3-31二氧化硫濃度測量

二氧化硫濃度測量1.恒電流庫侖滴定式二氧化硫分析儀恒電流庫侖滴定式二氧化硫分析儀是根據(jù)庫侖滴定法原理制造的二氧化硫分析儀。庫侖滴定法是一種建立在電解基礎(chǔ)上的分析方法。其原理為在試液中加入適當(dāng)物質(zhì)，以一定強(qiáng)度的恒定電流進(jìn)行電解，使之在工作電極上電解產(chǎn)生一種試劑（稱滴定劑），該試劑與被測物質(zhì)進(jìn)行定量反應(yīng)，反應(yīng)終點(diǎn)可通過電化學(xué)方法指示。恒電流庫侖滴定式二氧化硫分析儀由恒流電源、庫侖池和測量顯示部分所組成（REF_Ref17799\h圖1）。圖1庫侖滴定式二氧化硫分析儀工作原理圖1—鉑絲陽極；2—活性炭參比電極；3—鉑網(wǎng)陰極；4—庫侖池；5—放大器；6—微安表；7—記錄儀；8—數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)庫侖池是由鉑絲陽極、鉑網(wǎng)陰極、活性炭參比電極及0.3mol/L堿性碘化鉀溶液（電解液）組成的。若將一恒流電源加于兩電解電極上，則電流從陽極流入，經(jīng)過陰極和參比電極流出。因參比電極通過負(fù)載電阻和陰極連接，故陰極電位是參比電極電位和負(fù)載上的電壓降之和。在這樣的電位差下，陽極只能氧化溶液中的碘離子得到碘分子：2抽入庫侖池的氣體帶動(dòng)電解液在池中循環(huán)，碘分子被帶到陰極后還原。在上述電位差作用下，陰極只能還原碘分子，重新產(chǎn)生碘離子。I如果進(jìn)入庫侖池的氣樣中不含有SO2，庫侖池中又無其他化學(xué)反應(yīng)，則當(dāng)?shù)鉂舛冗_(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后，陽極氧化的碘和陰極還原的碘相等，即陽極電流和陰極電流相等，參比電極無電流輸出。如果氣樣中含有SO2，則與溶液中的碘發(fā)生下列反應(yīng)：SO這個(gè)反應(yīng)在庫侖池中是定量進(jìn)行的，每個(gè)二氧化硫分子反應(yīng)后，消耗一個(gè)碘分子，少一個(gè)碘分子到達(dá)陰極，陰極將少給出兩個(gè)電子，降低了流入陰極的電解液中碘的濃度，使陰極電流下降。為維持電極間氧化還原平衡，這兩個(gè)電子由參比電極上的碳的還原作用給出，以維持電極間的氧化反應(yīng)平衡。C（氧化態(tài)）＋ne-→C（還原態(tài)）氣樣中SO2含量越大，消耗碘越多，導(dǎo)致陰極電流減小而通過參比電極流出的電流越大。當(dāng)氣樣以固定流速連續(xù)地通入庫侖池時(shí)，則參比電極電流和SO2量間的關(guān)系為 P=IRM96500式中P——每秒進(jìn)入庫侖池的SO2量，μg/s；IR——參比電極電流，μAM————SO2分子量，64；n————參加反應(yīng)的每個(gè)SO2分子的電子變化數(shù)。設(shè)通入庫侖池的流量為qv（L/min）；氣樣中SO2的濃度為c（μg/L），則每秒進(jìn)入庫侖池的SO2量為 P=cqv60 c=600.000332IRq若qv=0.25L/min，則SO2濃度c=0.08IR由此可見，參比電極增加1μA電流，相當(dāng)于氣樣中0.08mg/m3的SO2的濃度。將參比電極電流變化放大后，進(jìn)行顯示或記錄被測氣體的SO2濃度。儀器的零點(diǎn)調(diào)整，是用經(jīng)過活性炭過濾器濾去全部氧化性和還原性氣體的空氣作為零點(diǎn)氣來校驗(yàn)儀器的零點(diǎn)的。儀器使用時(shí)，每切換一次量程時(shí)，應(yīng)重新校驗(yàn)零點(diǎn)。2.紫外熒光法紫外熒光式二氧化硫分析儀是基于熒光法分析法原理制作的一類氣體分析儀。熒光分析法是利用測熒光波長和熒光強(qiáng)度建立起來的定性、定量分析方法。熒光通常是指某些物質(zhì)受到紫外光照射時(shí)，各自吸收了一定波長的光之后，發(fā)射出比照射光波長長的光，而當(dāng)紫外光停止照射后，這種光也隨之很快消失。二氧化硫分子被紫外光照射后發(fā)出熒光，熒光的強(qiáng)弱與二氧化硫的量有關(guān)。根據(jù)比爾定律，光透過物質(zhì)后部分被物質(zhì)吸收，則透射光強(qiáng)度I可以用下式計(jì)算 1-II0=1-即得到被吸收的光量 I0-I=熒光的總強(qiáng)度與被吸收光量以及熒光效率?成正比，因此總的熒光強(qiáng)度F可表示為 F=I0-I若熒光物質(zhì)的濃度很稀，被吸收的光不超過總量的2%，且klc不大于0.05，REF_Ref11163\h式（6）可簡化為 F=KI0?式中K——測量熒光裝置的幾何結(jié)構(gòu)因素。由REF_Ref28464\h式（7）可知，熒光的強(qiáng)度與SO2濃度成正比，只要測得熒光的強(qiáng)度，即可得知SO2濃度。熒光法測定SO2的主要干擾物質(zhì)是水分和芳香烴化合物。水的影響一方面是由于SO2可溶于水造成損失，另一方面是由于SO2遇水產(chǎn)生熒光猝滅而造成負(fù)誤差，可用半透膜滲透法或反應(yīng)室加熱法除去水的干擾。芳香烴化合物在190～230mm紫外光激發(fā)下也能發(fā)射熒光造成正誤差，可用裝有特殊吸附劑的過濾器預(yù)先除去。紫外熒光式二氧化硫分析儀由氣路和熒光計(jì)兩部分組成。氣樣經(jīng)過除塵過濾器后通過采樣閥進(jìn)入滲透膜除水器、除烴器后到達(dá)熒光反應(yīng)室3（REF_Ref29075\h圖2），反應(yīng)后的干燥氣體經(jīng)流量計(jì)測定流量后排出。熒光計(jì)紫外光源發(fā)射脈沖紫外光經(jīng)激發(fā)光濾光片進(jìn)入反應(yīng)室，SO2分子在此被激發(fā)產(chǎn)生熒光，經(jīng)發(fā)射光濾光片投射到光電倍增管上，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)電子放大系統(tǒng)等處理后直接顯示濃度讀數(shù)。圖2紫外熒光式二氧化硫分析儀工作原理圖1—紫外光源；2，4—透鏡；3—反應(yīng)室；5