每日一学:便携式溶解氧测定仪的工作原理

　　常见的溶解氧测定仪多采用隔膜电极作换能器，将溶氧浓度（实际上是氧分压）转换成电信号，再经放大、调整（包括盐度、温度补偿），由模数转换显示。测定溶解氧使用的膜电极有两种类型：极谱型（Polarography）和原电池型(GalvanicCell)。极谱型（Polarography）：电极中，由黄金（Au）环或铂（Pt）金环作阴极；银-氯化银（或汞-氯化亚汞）作阳极。电解液为lu化钾溶液。阴极外表面覆盖一层透氧薄膜。薄膜可采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、硅橡胶等透气材料。阴阳两电极之间外加0.5～１.５伏的极化电压。有的极化电压为0.7伏。当溶解氧透过薄膜到达黄金阴极表面，在电极上发生如下反应。

　　阴极被还原：O22H2O4e→4OHˉ；同时，阳极被氧化：4Clˉ4Ag-4e→4AgCl；在正常情况下，上述还原-氧化反应产生的扩散电流i∞之值与溶氧浓度成正比。可用下式表示：

　　i∞=nFA（Pm/L）Cs式中：i∞－稳定状态的扩散电流n－得失电子数；F－法拉第常数（96500库仑）；A－阴极表面积（平方厘米）；Pm－薄膜的渗透系数（厘米2/秒）；L－薄膜的厚度（厘米）；Cs－溶解氧浓度（ppm）。当电极结构和薄膜确定之后，式中A、Pm、L、n等均为常数。令K=nFA（Pm/L），则上式中：i∞=KCs。

　　因此可见，只要测得扩散电流i∞，即可测得溶解氧浓度。为消除温度、盐度和气压因素影响，各型号产品采用各自技术进行补偿。原电池型(GalvanicCell)：当外界氧分子透过薄膜进进电极内相到达阴极的三相界面时，产生下式反应。

　　阴极被还原：O22H2O4e→4OHˉ同时，铅阳极被氧化：2Pb2KOH4OHˉ-4e→2KHPbO22H2O即：氧在银阴极上被还原为氢氧根离子，并同时向外电路获得电子；铅阳极被氢氧化钾溶液腐蚀，生成铅酸氢钾，同时向外电路输出电子。接通外电路之后，便有信号电流通过，其值与溶氧浓度成正比。

　　其工作原理主要就是通过氧透过隔膜被工作电极还原，产生与氧浓度成正比的扩散电流，通过测量此电流，得到水中溶解氧的浓度。根据浓度不同，隔膜电极分为极谱式和原电池式两种类型。极谱式隔膜电极以银-氯化银作为对电极，电极内部电解液为氯化jia，电极外部为厚度25-50μm的聚乙烯和聚四氟乙烯薄膜，薄膜挡住了电极内外液体交流，使水中溶解氧渗入电极内部，两电极间的电压控制在0.5-0.8V，通过外部电路测得扩散电流可知溶解氧浓度。原电池式用银作阳电极，铅作阴电极。阳电极和银电极浸入氢氧化钾电解池中，形成两个半电池，外层同样用薄膜封住。溶解氧在阳极被还原，产生扩散电流，通过测定扩散电流可得溶解氧浓度。