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溶氧儀電極的部分組成和簡(jiǎn)介
溶氧儀電極結(jié)構(gòu):一般由陰極、陽(yáng)極、電解質(zhì)和塑料薄膜構(gòu)成。
電解質(zhì):一般對(duì)電解質(zhì)的配方視為機(jī)密,商家不易公開。電解質(zhì)的配制很講究,需用無(wú)離子水,一些污染的離子會(huì)嚴(yán)重影響電極的性能。所用藥品試劑要求至少用AR級(jí)的。電解質(zhì)有用,KOH; KCl, Pb(AcO)2等濕度傳感器探頭, 不銹鋼電熱管, PT100傳感器, 流體電磁閥,鑄鋁加熱器,加熱圈。
薄膜:一般采用聚四氟乙烯(F4)或聚四氟乙烯-聚六氟丙烯的共聚體,也曾用聚氯丙烯,聚乙膜對(duì)氧具有高度的透性和對(duì)CO2低的透性。
電極響應(yīng)我們對(duì)電極性能的簡(jiǎn)單分析表明,電極響應(yīng)與電極常數(shù),k有關(guān):k=π2D/d2。D為膜的擴(kuò)散系數(shù),d為膜厚度。
K越大,響應(yīng)越快。當(dāng)然,電極的結(jié)構(gòu)將會(huì)極大影響電極的性能。
壓力補(bǔ)償膜
罐內(nèi)使用的電極一般都裝備有壓力補(bǔ)償膜,小型玻璃發(fā)酵罐用的電極通常采用氣孔平衡式。壓力補(bǔ)償膜重是應(yīng)付高壓滅菌時(shí)電解質(zhì)受熱膨脹的需要。一般多采用硅膠制造。
工作原理
水中的氧必須透過(guò)薄膜達(dá)到陰極的表面才能被電極還原。因此,氧在擴(kuò)散到陰極表面需克服一些阻力,其中zui為重要的是靠近薄膜的液膜阻力和薄膜本身的阻力。對(duì)原電池型的電極,非常重要的一點(diǎn)是主要阻力應(yīng)落在薄膜上,即薄膜的阻力遠(yuǎn)大于液膜阻力,這樣被測(cè)液體的流動(dòng)引起的阻力的變化對(duì)氧擴(kuò)散的影響可以減到zui小。因此,從式(1)可以看出測(cè)氧實(shí)質(zhì)上是測(cè)定氧的擴(kuò)散速度。
IS = N FA (Pm/dm)P0 (1)
式中 IS為輸出電流,N 為氧被還原所得電子數(shù),F為法拉第常數(shù),A 為陰極表面積,Pm 塑料膜的擴(kuò)散系數(shù),dm為膜的厚度,P0為被測(cè)液體中的氧的分壓。
基于這一原理,原電池型電極在測(cè)量粘稠的發(fā)酵液中的DO時(shí),應(yīng)盡量使用厚一點(diǎn)的薄膜,這樣可使液膜阻力的變化,從而輸出電流的波動(dòng)小一些。對(duì)極譜型電極,則流體運(yùn)動(dòng)對(duì)電極的輸出沒有影響。
注意事項(xiàng)
事實(shí)上,溶解氧測(cè)定儀電極測(cè)定的不是溶解氧濃度,而是氧活度或者是氧分壓。通常用空氣或不含氧的氮?dú)鈦?lái)標(biāo)定和零點(diǎn)。液體中真正的溶解氧濃度可以用化學(xué)法測(cè)定。
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