微量氧分析儀使用的范圍比較廣:鋼鐵、冶金、熱電、石化、化工、焦化、PVC、多晶硅、合成氨等行業(yè)均能使用到,具體如下:
①空分制氧、空分制氮、化工流程氧含量自動分析
②電子行業(yè)保護性氣體中氧含量分析,如:氮氣中微量氧測試
③磁性材料等高溫燒結爐的保護性氣體中氧含量分析
④玻璃、建材行業(yè)中氧含量分析及各種行業(yè)中氧含量分析
微量氧分析儀的影響因素:
1.泄漏。氧分析儀在初次啟用前必須嚴格檢漏。儀器只有在嚴密不漏的前提下才能獲得準確的數(shù)據結果。
任何連接點,焊點,閥門等處的不嚴密,將會導致空氣中的氧反滲進入管道及儀器內部,從而得出含氧量偏高的結果。
2.污染。在重新使用儀器時,首先須注意在連接取樣管路時是否漏入空氣,并且必須認真將漏入的空氣吹除干凈,盡量不使大量氧氣通過傳感器以延長傳感器壽命。
在管道系統(tǒng)凈化過程中,為縮短凈化時間,需要有一定的方法,一般使用高壓放氣及小流量吹除交替進行可迅速凈化管道。
3.管道材質的選擇。管道材質及表面粗糙度也將影響樣氣中氧含量的變化。
一般不宜用塑料管,橡膠管等作為連接管路。通常選用銅管或不銹鋼管,對超微量分析(指<0.1ppm)則必須用拋光過的不銹鋼管。
微量氧的分析方法主要有比色法、化學電池法、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,它是國家標準規(guī)定的方法,利用銅氨溶液進行比色分析,由于操作復雜,準確度難以保證,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品,生成的產物具有腐蝕性,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電池法、濃差電池法和氣相色譜法。
1.化學電池法
化學電池法的微量氧分析儀指的利用氧化還原電池的原理進行微量氧分析,它的傳感器(檢測器)是化學原電池,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,電池產生的電子由電路引出然后進行補償修正放大,即可測出被測氣體中的氧含量。反應式如下:
O2+2H2O+4e-→40H- 陰極
Pb+2OH-→pbo+H2O+2e 陽極
總反應式2pb+O2→2pbO
因實現(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鍵部件,以它為主體構成測氧電池,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,使它恒定在設定溫度(780±10℃)上;標氣管用于接通標氣,校準探頭;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。在氧化鋯管底的內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,構成一個氧化鋯測氧電池,即氧濃差電池,它在鉑電極的反應原理是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,還原性物質可以與氧發(fā)生反應,消耗氧使分析結果偏低,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
氣相色譜法進行微量氧分析的優(yōu)勢在于多種雜質可以同時檢測,因為空分氣體中的雜質分離比較容易,所以色譜柱系統(tǒng)的配置簡單。在進行包含微量氧的多種雜質檢測時,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。
色譜法進行微量氧分析的缺點是無法實現(xiàn)真正意義上的在線分析,就是所不能對微量氧進行實時監(jiān)控,需要間斷的檢測,并且設備系統(tǒng)復雜,需要載氣、輔助氣等。
1、分析儀取樣管路的密閉性
微量氧分析儀的配套管線必須確保密封,很微小的泄漏都會使環(huán)境空氣中的氧擴散進來,造成測量數(shù)值偏高。
雖然在測量中,樣氣壓力大于環(huán)境壓力,但樣氣中的氧是微量級的,根據法拉利定律,氧的分壓與其體積含量成正比,大氣中含有約為21%的氧,與以PPM計算濃度的樣氣的氧分壓相差一萬倍左右,因而氣樣中微量氧的分壓遠低于大氣中的氧分壓,當出現(xiàn)泄漏時,大氣中的氧便會從泄漏部位迅速擴散進來。
其次,取樣管線應盡可能短些,接頭盡可能少,要保證接頭及閥門密封良好,管線連接完畢后,應做氣密性檢查。
2、取樣管材質的選擇
管線材質基本上以銅質或不銹鋼管線為好,次選聚四氟乙烯管。禁選乳膠管、白膠管之類管材,其氣密性和材質抗?jié)B透性太差,測量微量氧在標準測量壓力下誤差太大。管線外徑通常我們選擇6毫米或1/4IN,也有選擇3毫米或1/8IN,總之,不銹鋼管,清洗、脫脂,保持管內壁光滑潔凈,對于痕量級(〈1PPMV)氧的分析,應選擇內壁拋光的不銹鋼管。所選擇的閥門、接頭,死體積應盡可能小。
3、取樣分析的時候考慮溫度的因素
為防止樣品中的水分在管壁上冷凝凝結,造成對微量氧的溶解吸收,應根據情況對取樣管線采取絕熱保溫或伴熱保溫措施。檢測液氮中的微量氧時,尤其要注意加溫措施,不然,由于氧沸點低于氮沸點13度,樣品氣不均勻氣化,會使測量值嚴重偏低。
4、取樣點離分析儀的距離越近越好
微量氧分析儀的測量位應盡可能與測量點接近,以避免過長的管線和過多的不確定因素,影響測量數(shù)據的可靠性。
5、樣氣取樣過程要充分潔凈
樣品氣中不能含有油類組分或固體顆粒物,以免引起滲透膜阻塞和污染。
6、樣氣中不能含有腐蝕性氣體
樣品氣中不應含有硫化物、磷化物或酸性氣體成分。這些組分會對燃料電池,特別是堿性燃料電池造成危害。