PH متر و آنالایزرهای اکسیژن محلول چگونه کار می کنند
اول، اصل کار تجزیه و تحلیل کیفیت آب
1. اصل کار pH متر
مقدار pH آب به مقدار مواد محلول بستگی دارد، بنابراین مقدار pH می تواند به طور حساس تغییر کیفیت آب را نشان دهد. تغییر مقدار pH تأثیر زیادی در تولید مثل و بقای موجودات دارد و همچنین عملکرد بیوشیمیایی لجن فعال یعنی تأثیر تصفیه را به طور جدی تحت تأثیر قرار می دهد. مقدار pH فاضلاب به طور کلی بین 6.5 و 7 کنترل می شود. آب از نظر شیمیایی خنثی است و برخی از مولکول های آب به طور خود به خود طبق فرمول زیر تجزیه می شوند: H2O=H به علاوه OH-، یعنی به یون های هیدروژن تجزیه می شوند و یون های هیدروکسید در محلول خنثی، غلظت یون هیدروژن H پلاس و یون هیدروکسید OH- هر دو 10-7 مول در لیتر است و مقدار pH عدد منفی لگاریتم غلظت یون هیدروژن با پایه 10 است: pH{ {9}}log، بنابراین خنثی pH محلول برابر با 7 است. اگر یون هیدروژن بیش از حد باشد، مقدار pH کمتر از 7 است و محلول اسیدی است. در غیر این صورت، در صورت وجود یون هیدروکسید، محلول قلیایی است.
مقدار pH معمولاً با روش پتانسیومتری اندازه گیری می شود. معمولاً از یک الکترود مرجع پتانسیل ثابت و یک الکترود اندازه گیری برای تشکیل سلول گالوانیکی استفاده می شود. نیروی حرکتی سلول گالوانیکی به غلظت یون های هیدروژن و همچنین به pH محلول بستگی دارد. این گیاه از حسگرهای pH و فرستنده های pH استفاده می کند. یک پروب شیشه ای مخصوص حساس به pH روی الکترود اندازه گیری وجود دارد که از شیشه مخصوص ساخته شده است که می تواند جریان الکتریسیته را هدایت کند و یون های هیدروژن را نفوذ کند و دارای ویژگی های دقت اندازه گیری بالا و ضد تداخل خوب است. هنگامی که کاوشگر شیشه ای با یون های هیدروژن تماس پیدا می کند، پتانسیل الکتریکی ایجاد می شود. پتانسیل در برابر یک الکترود مرجع با یک سیم نقره ای معلق در محلول کلرید نقره اندازه گیری می شود. اگر مقدار pH متفاوت باشد، پتانسیل مربوطه نیز متفاوت است، که از طریق فرستنده به یک خروجی 4-20mA استاندارد تبدیل میشود.
2. اصل کار آنالایزر اکسیژن محلول
محتوای اکسیژن در آب می تواند به طور کامل میزان خودپالایی آب را نشان دهد. برای تصفیه خانه های بیولوژیکی که از لجن فعال استفاده می کنند، اطلاع از میزان اکسیژن مخازن هوادهی و گودال اکسیداسیون بسیار مهم است. افزایش اکسیژن محلول در فاضلاب، فعالیتهای بیولوژیکی غیر از میکروارگانیسمهای بیهوازی را افزایش میدهد، بنابراین میتواند مواد فرار را حذف کرده و یونهای اکسید شده طبیعی فاضلاب را تصفیه کند. سه روش اصلی برای تعیین میزان اکسیژن وجود دارد: آنالیز رنگ سنجی خودکار و اندازه گیری آنالیز شیمیایی، اندازه گیری روش پارامغناطیس و اندازه گیری روش الکتروشیمیایی. مقدار اکسیژن محلول در آب به طور کلی با روش الکتروشیمیایی اندازه گیری می شود.
اکسیژن می تواند در آب حل شود و حلالیت آن به دما، فشار کل سطح آب، فشار جزئی و نمک های حل شده در آب بستگی دارد. هر چه فشار اتمسفر بیشتر باشد، توانایی آب در حل کردن اکسیژن بیشتر است. این رابطه توسط قانون هنری و قانون دالتون تعیین می شود. قانون هنری بیان می کند که حلالیت گاز متناسب با فشار جزئی آن است.
با در نظر گرفتن سنسور اندازه گیری اکسیژن به عنوان مثال، الکترود از یک کاتد (معمولا از طلا و پلاتین ساخته شده)، یک الکترود ضد (نقره) با جریان، و یک الکترود مرجع (نقره) بدون جریان تشکیل شده است. الکترود در یک الکترولیت مانند KCl، KOH غوطه ور می شود که در میان آنها، سنسور توسط یک دیافراگم پوشانده شده است که الکترودها و الکترولیت را از مایع مورد اندازه گیری جدا می کند، بنابراین از سنسور محافظت می کند، از فرار الکترولیت جلوگیری می کند و از خروج الکترولیت جلوگیری می کند. نفوذ مواد خارجی که باعث آلودگی و مسمومیت می شود. یک ولتاژ پلاریزه بین الکترود شمارنده و کاتد اعمال می شود. اگر سلول اندازه گیری در آب با اکسیژن محلول غوطه ور شود، اکسیژن از طریق دیافراگم پخش می شود و مولکول های اکسیژن موجود در کاتد (الکترون های اضافی) به یون های هیدروکسید کاهش می یابد: O2 به اضافه 2H2O به علاوه 4e-® 4OH-. معادل الکتروشیمیایی کلرید نقره روی الکترود شمارنده (کمبود الکترون) رسوب میکند: 4Ag به اضافه 4Cl-® 4AgCl به اضافه 4e-. برای هر مولکول اکسیژن، کاتد 4 الکترون ساطع می کند و الکترود شمارنده الکترون ها را برای تشکیل جریان می پذیرد. مقدار جریان متناسب با فشار جزئی اکسیژن فاضلاب اندازه گیری شده است. سیگنال همراه با سیگنال دما که توسط مقاومت حرارتی سنسور اندازه گیری می شود به ترانسفورماتور ارسال می شود. فرستنده با استفاده از منحنی رابطه بین محتوای اکسیژن ذخیره شده در سنسور و فشار و دمای جزئی اکسیژن، محتوای اکسیژن آب را محاسبه می کند و سپس آن را به یک سیگنال خروجی استاندارد تبدیل می کند. وظیفه الکترود مرجع تعیین پتانسیل کاتدی است. زمان پاسخ سنسور اکسیژن محلول: 9{18}} درصد از مقدار نهایی اندازهگیری شده پس از 3 دقیقه، و 99 درصد از مقدار نهایی اندازهگیری شده پس از 9 دقیقه. نرخ جریان کم مورد نیاز 0.5 سانتی متر بر ثانیه است.
