МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ ОЗОНА

МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ
КОНЦЕНТРАЦИЙ ОЗОНА
Сыдыкова Г.К., к.т.н., Кызылординский государственный университет
им.Коркыт Ата, г. Кызылорда
Определение концентраций озона в воздушной газовой смеси осуществляется
различными методами, которые можно разделить на три основные метода анализа /1,
2/: химический, физико-химический и физический.
К химическим методам определения концентраций озона в основном относятся колориметрия, йодометрия и реакции с галогенидом щелочных металлов и
другие. Эти методы основаны на косвенном определении содержания озона по
количеству реактива, вступившего в реакцию с озоном. Так при взаимодействии
йодистого калия с озоном происходит восстановление йода, причем его количество
пропорционально концентрации озона в газовой смеси, пропущенной через раствор.
где Оз - концентрация озона, мг/л;
24 - коэффициент перерасчета количества гипосульфита натрия на озон;
- количество раствора гипосульфита на титрование, мл;
- поправочный коэффициент на нормальность гипосульфита натрия;
- объем озонированного газа, прошедшего через раствор йодистого калия, л;
- нормальность гипосульфита натрия.
При колориметрическом методе через 3,0 мл 2%-го буферного раствора
йодистого калия пропускают около 0,1 м озоновоздушной смеси. По степени окрашивания капли хлороформа определяют количество оставшегося в растворе
йодистого калия.
Широкое распространение получили серийные фотоколориметрические газоанализаторы типа ФЛ-5501 и ИКРП-446, в которых использован принцип измерения
цветового пятна на движущейся ленте, предварительно смоченной реактивным
раствором, вступающим в реакцию с анализируемым компонентом воздуха.
Диапазон измерения этих приборов от 0 до 0,5 мг/м3.
К основным недостаткам химических методов анализа концентрации озона в
воздушной смеси можно отнести: значительный объем пробы, необходимый для
анализа; наличие необходимых реактивов; разрушение вещества, вступившего в
реакцию с озоном.
Физико-химические методы определения концентрации озона в основном
включают электрометрические, ионизационные и термохимические анализы. Так,
кулонометрический метод определения озона основан на электрохимическом
восстановлении озоном из раствора солей брома, йода и накоплении их на
электроде. Кулонометрический газоанализатор ГКП-2 имеет чувствительность по
озону порядка 10-4 мкг, погрешность при этом составляет не более 5%.
При радиоактивном излучении или в процессе коронного разряда, озон вызывает ионизационные точки, зависящие от его концентрации. Так, при коронном
разряде концентрацию озона в разрядном промежутке определяют по изменению
напряжения горения коронного разряда. Чувствительность метода -2х10-3мг/м3.
Физико-химические методы в основном используются для непрерывного
анализа в газовой смеси, но в динамических условиях электросинтеза и распада
озона вяло реагируют на анализ концентраций.
Наиболее простым и специфичным методом определения концентрации озона в воздушной смеси является физический анализ, который исключает роль
химической реакции. В основу этого метода входят оптические, объемноманометрические, диэлькометрические и другие анализы определения концентрации озона.
В основу объемного метода определения озона положено свойство озона,
распадаясь на кислород, увеличивать объем и соответственно давление. Озонометр
«Сурнели» измеряет диапазон концентраций от 0,1 до 5% по объему, погрешность
измерений не превышает 1%. Концентрация озона устанавливается расчетным
путем по уравнению
где - концентрация озона %;
- плотность манометрической жидкости, Н/м3;
S - площадь сечения манометрической трубки, м;
- разность уровней жидкости в открытых коленах манометра, м;
р - атмосферное давление, Н/м3;
- объем камеры для разложения озона, м3.
Диэлькометрические газоанализаторы типа «Озон» являются автоматическими приборами для измерения концентраций озона в диапазоне от 0 до 25 г/м в
кислороде.
Преимуществом оптических методов определения озона, основанных на поглощении озоном ультрафиолетовых или других излучений, является возможность
определения концентраций в широком диапазоне от 10-6 до 10-7 моль/л.
Чувствительность определения по озону составляет до 10-7моль/л .
Портативные и просты в обслуживании хемилюминесцентные газоанализаторы, в которых используется люминесценция, возникающая при смешивании
потока газа с этиленом. Чувствительность приборов составляет 10-7 моль/л.
В наших экспериментально-производственных исследованиях концентрацию
озона в воздухе помещений измеряли газоанализатором озона с двухполярным
источником питания /3/. Корпус озонометра, состоящей из трех частей,
прикрепленных друг с другом соосно, выполнен из фторопласта, причем
внутренний диаметр трубок 2 составляет 20 мм, а длина – 30 мм. Внутри трубок 2
осесимметрично расположены коронирующие иглы 5, насаженные на тонкие сетки
из нихрома. Коронирующие иглы изготовляются из тонкой молибденовой
проволоки (d=0,5 мм) с радиусом закругления на острие порядка 0,2 мм. Внешние
электроды-озонопоглотители
изготовлены
из
пористого
силикагеля
с
металлизированной поверхностью с толщиной 5 мм. Они достаточно «прозрачны»
для прохождения воздуха под действием электрического ветра.
При испытании были созданы условия для изменения межэлектродного
расстояния в разрядных промежутках (от 4 до 6 мм) с помощью выбора длины
коронирующих игл, а напряжение питания разрядных камер менялось в диапазоне
от 4 до 14 кВ. При таком изменении напряжения питания и выборе оптимального
расстояния между электродами (L=5 мм) рабочий ток в разрядных камерах может
меняться от 0 до 20 мкА. Испытания озонометра и контрольные измерения
концентраций озона были произведены с помощью малогабаритного озонатора,
который обеспечивает регулируемую концентрацию озона (от 2 до 10 мг/м3) в
рабочей атмосфере в помещений. В связи с отсутствием калиброванного генератора
озона и стандартного озонометра градуировка выходного прибора и определение
чувствительности озонометра к озону (порядка 0,2 мг/мкА) были выполнены
расчетным путем, исходя из значений концентраций озона в наружном воздухе.
Данный газоанализатор обеспечивает автоматический контроль озона в
рабочей атмосфере при высокой чувствительности и надежности результатов
измерений, что достигается при простоте конструкции озонометра и при
отсутствии дополнительных приспособлений.
Список литературы
1. Ксенз Н.В. Электроозонирование воздушной среды. Зерноград, 1991, 171с.
2. Лунин В.В., Попович М.П., Ткаченко С.Н. Физическая химия озона. М., МГУ,
1998, 480с.
3. Бахтаев Ш.А. и др. Инновационный патент РК. Озонометр. 2007/1191.1.
22.09.2007.