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1、欢迎 来到 HAMILTON 氧电极世界 极谱式电极极谱式电极 溶解氧理论 氧的重要性 溶解氧（DO），溶解 在水中的氧 氧，无处不在 氮气 空气的组成 工业废水工业废水 生活废水生活废水 锅炉给水锅炉给水 生物技术生物技术/制药制药: 发酵罐发酵罐-生物反应器生物反应器 食品食品,饮料加工饮料加工 淡水或海水养殖 湖泊,地理水文谱系 保护饮用水管 堆肥种植 水族养鱼 溶氧的应用溶氧的应用 分压定义:在混合气体当中某一种气体所提供的压力 在混合气体当中所有气体的分压之和等于混合气体的 总压 (道尔顿). 相应地, 氧分压正比于大气压。 海拔高度会影响大气压, 海拔高度为0 米时,大气压力 为1
2、013 mbar, 海拔高度为1000 米, 大气压力为900 mbar 气体会不断地溶入到溶剂中或从溶剂里溢出,直到溶剂 中该种气体的压力和周围环境中该气体的压力相等,即 达到平衡状态. (平衡状态). 氧分压氧分压 (pO2) 分压分压 at sea level at 900 m 2 bar air pressure 0 500 1000 1500 2000 p mbar 1 2 3 空气中的分 压 O2 % N2 % CO2 + Ar + . % 海平面 海拔900米 2bar 空压 在 20C 并且海拔高度为零: 假设在100% 干燥空气,即0湿度的条件下: p(大气) = 1013
3、mbar 空气中的氧含量为20.95% pO2(大气) = 212.2 mbar 依次类推,78% is N2 pN2(大气) = 790 mbar + 其它的微量气体比如 CO2, Ar 氧分压氧分压 空气 水蒸气 水 在 20C 并且海拔高度为0的情况下: 假设在水中,水蒸气为100%湿度: p(水) = p(水蒸气) = 23 mbar p氧气 = 20.95% (p(大气) - p(水) p氧气= 20.95% (1013 - 23) mbar p氧气= 207 mbar 在干燥空气中: 212.2 mbar 大气 水蒸气 水 氧分压氧分压 II 在 20C 并且海拔高度为0的情况下:
4、 假设 空气饱和状态下的水, 那么在这种条件下: pO2 = 207 mbar !在空气饱和的水和水饱和的空气中, pO2都是207 mbar! 空气 水蒸气 水 氧分压氧分压 III 氧浓度是与氧分压成正比关系: CO2 pO2 两者的比率取决于溶剂的类型,并且比率是一个 吸收系数aO2 (Bunsen, Henry).温度对吸收系数 aO2有很大的影响. CO2 = aO2, f(温度) pO2 氧浓度氧浓度 在大气压为1013 mbar, 大气饱和的液体中: pO2 = 207 mbar(通常情况下) 但是: CO2(H2O) = 8.26 mg/l CO2(3 M KCl) = 2 m
5、g/l CO2(苹果汁) = 5 mg/l CO2(纯酒精) = 58 mg/l 氧浓度氧浓度 溶氧电极 在这三种溶液中显示同样的电流 DO 传感器测量传感器测量 pO2 ! DO 传感器测量 pO2, 不是以饱和度 %来表示,也不是氧浓度来表示 mg/l, ppb, ppm 饱和度%和氧浓度ppm显示的是一个值.这个值是通过 变送器计算出来的.并且这个值在一系列的假设条件下是 有效的.(比如介质等于纯水) 举例: 传感器在空气饱和的水当中校正.值设定为8 mg/l ,那么 在空气饱和的乙醇中进行测量时,测量仪显示 8 mg/l (氧 分压是相等的). 但是,在乙醇中实际的浓度是58 mg/l
6、! 在空气中(40% 的湿度)进行校正,相比空气饱和状态下的 水(仅100% 湿度)条件下校正,读数会偏低. 这种情况下, 有些变送器有相关的湿度输入功能,或者是要求使用者 选择在空气中还是在水中校正.然后测量仪就会计算出 准确值. 假设在2倍的压力下,在一个封闭的反应器当中, 有可能 出现200% 的读数! 为什么会出现这种情况呢? 比如氧分压从207 上升到 414 mbar! 注意事项注意事项 溶氧探头内电极的结构 阴极 膜膜的结构的结构 铂阴极 玻璃体 电解液层 25um PTFE 钢金属网的硅橡胶 膜 测量介质 1、O2 通过透气性的膜渗 入 (液体中的氧分压越 高, O2 渗入的也
7、越多) 1 2 3 测量原理 2、 O2溶解在电解液中， O2 在阴极还原 3、氧化还原反应产生电流， 变送器把此电流转化成溶氧 值 总反应： O2 + 2 H2O + 4 Ag + 4 Cl- 4 AgCl + 4 OH- 在阴阳两极加上极化电压 ，发生如下的电化学反应 ： 电化学反应 测量原理 银氧极 (+) 4 Ag + 4 Cl- = 4 AgCl + 4 e- 氧化 铂阴极(-) O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH- 还原 I = 传感器电流 A = 阴极面积 S = 膜的O2溶解度 D = O2 在膜内的扩散系数 d = 膜的厚度 n = 电子传送数量 F = 法拉第
8、常数 溶氧探头电流计算方程 Minimum-Values Maximum-Values 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 2021222324252627282930 nAnA C C Allowed Calibration Range of Current for a Sensor in AirAllowed Calibration Range of Current for a Sensor in Air 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 14
9、0.00 160.00 180.00 51015202530354045505560 nAnA C C Typical CurrentTypical Current- -TemperatureTemperature- -CurveCurve 温度系数温度系数 只适用于Oxyferm和Oxysens!不适用于OxyGold G or B. 极化 极化是通过 变送器在溶氧 探头的阴极和 阳极之间加某 个固定数值的 电压，只要探 头与已经通电 的变送器相连 接或与极化器 相连接即开始 极化 目的是使电 化学反应能够 平衡的进行 极化曲线和工作曲线 膜的渗透性 氧溶解度 温度对溶解氧测量的影响 温度对
10、氧在溶氧膜中渗透性的影响 这种影响可以通过温度探头进行补偿 温度对氧水中溶解度的影响 测量与维护 HAMILTON 氧电极世界 气泡对溶解氧测量的影响 安 装 位 置 错 误 气泡对溶解氧测量的影响 安 装 位 置 错 误 气泡对溶解氧测量的影响 安 装 位 置 正 确 极化时间 探头非极化状态指探头未处于被极化的状态，即 ： 1、更换电解液时； 2、更换膜时； 3、与变送器或极化器断开时。 探头校准 一点校准：以空气或饱和介质为基 准校准斜率。最常用的校准方法。 两点校准 （Hamilton采用了零点固定技术，一 般不需要进行两点校准） 以下均指一点校准 探头校准 在空气中校准 在饱和介质中
11、校准 校准前探头必须充分极化！ 探头校准（空气中） 常规的校准方法，以空气作为标准物： 将膜片上的水擦干，取下探头前端的保 护套，将探头置于空气中，按照变送器 说明书的要求进行校准。 探头校准（饱和介质中） 特殊过程的校准方法，主要是有高温消毒的 生化发酵过程，以饱和介质作为标准物。 校准条件：实消后、接种前、通最大量的饱 和空气、搅拌开至最大。按照变送器说明书 的要求进行校准。 探头校准（饱和介质中） 测量相对值（%） 不同发酵罐之间相对固定的 通饱和空气时间 建议每次发酵过程校准一次 溶氧探头的参数斜率 斜率 (空气中的电流) 在空气中校准，二者相同； 在饱和介质中校准二者可能不同。 不同
12、型号的探头在空气中的电流不同 OXYSENS： -60 至 -90 nA OXYFERM ：-50 至 -110 nA OXYSENS B：-40 至 -110 nA OXYGOLD G ：-250 至 -500 nA 电极电极 高压灭菌高压灭菌 SIP CIP 倒装倒装 内置温度电极内置温度电极 Remarks / 证书证书 OXYSENS NTC 22kOhm 5 m 电缆, 低温应用, 免维护 OXYSENS B 内部温度补偿体 系 原电池型,pH 电缆带有S8连接器, 线性 温度补偿mV-信号, 低温应用, 免维护, 无CO2干扰 OXYFERM x x x with Oxylyte
13、USD NTC 22kOhm 随附测量值和技术指标、液接材料类 型证书，3.1b、T82连接头证书可从网 上下载 OXYFERM VP x x x with Oxylyte USD NTC 22kOhm 随附测量值和技术指标、液接材料类 型证书，3.1b、VP连接头证书可从网 上下载 OXYFERM FDA x x x with Oxylyte USD NTC 22kOhm 附带替换膜、随附测量值和技术指标、 液接材料类型证书，3.1b、T82连接头 证书可从网上下载 OXYGOLD G x x x NTC 22kOhm 用于微量测量.随附测量值和技术指标、 液接材料类型证书，3.1b、T82
14、连接头 证书可从网上下载 OXYGOLD B x NTC 22kOhm 用于含有 CO2低溶氧测量，例如饮料， 啤酒随附测量值和技术指标、液接材 料类型证书，3.1b、T82连接头证书可 从网上下载 。0 mV 极化! 溶解氧电极一览 极谱法免维护溶解氧传感器极谱法免维护溶解氧传感器 40 ppb到饱和到饱和, 0 60C, 最大最大 4 bar 成本低成本低 内置内置NTC 22 k 温度传感器温度传感器 使用寿命使用寿命2年年 最小的流动需求最小的流动需求 反应快，低漂移反应快，低漂移 PG 13.5带带5 m 固定电缆固定电缆 OXYSENS 保护氧传感器 用高质量的不锈钢制成 重300
15、克左右 溶氧护套溶氧护套 蒸汽消毒蒸汽消毒, 高压灭菌高压灭菌 及耐及耐CIP的溶解氧电极：的溶解氧电极：T82接头接头 一个备用膜一个备用膜 长的使用寿命长的使用寿命 10 ppb到饱和到饱和, 0 130C, max. 4 bar 用于生物技术和制药用于生物技术和制药 内置内置NTC 22 k 温度电极温度电极 反应快，低漂移反应快，低漂移 长度长度: 120, 160, 225 (215), 325, 425 mm 经美国食品药品管理局鉴定的膜材料经美国食品药品管理局鉴定的膜材料 附带材料和性能测试证明，每一个膜上有一个唯一的附带材料和性能测试证明，每一个膜上有一个唯一的 系列号系列号
16、OXYFERM FDA OXYFERM FDA 经美国食品药品管理局鉴定的膜材料 有系列号可追溯 without membrane protection collar保护 接箍 20 ml 电解液 吸液管 O型密封圈 打磨纸（用于阴极打磨) FDAFDA的膜备件的膜备件 刻有系列号的3 个膜备件 20 ml电解液 吸液管 O型密封圈 打磨纸 OXYFERM 膜备件膜备件 特殊材料制成的耐CIP的3 个膜 20 ml电解液 吸液管 O型密封圈 打磨纸 膜上刻有系列号 耐耐 CIP的膜备件的膜备件 高质量的钢代替塑料 可重复使用 可以用于所有Hamilton产品 带有T-82连接器Oxfam电极 专为发酵溶氧电极用
