一、原理

定電位電解傳感器主要由電解槽、電解液和電極組成,傳感器的個電極分別稱為敏感電極(sensing electrode)、參比電極(reference electrode)、對電極(counter electode),簡稱S.R.C。

傳感器的工作過程為:被測氣體出進氣孔通過滲透膜擴散到敏感電極表面,在敏感電極、電解液、對電極之間進行氧化反應,參比電極在傳感器中不暴露在被分析氣體之中,用以為電解液中的工作電極提供恒定的電化學電位。被測氣體通過滲透膜進入電解槽,傳感器電解液中擴散吸收的二氧化硫發生如下的氧化反應:

與此同時產生對應的極限擴散電流i,在一定范圍內其大小與二氧化硫濃度成正比,即:

在一定工作條件下,電子轉移數Z、法拉第常數F、氣體擴散面積S、擴散常數D和擴散層厚度δ均為常數。因此,電化學反應中流向工作電極的極限擴散電流i與被測的二氧化硫濃度C成正比。

被測氣體中化學活化性強的物質對定電位電解傳感器的定量測定有擾,干擾情況參考表1。

被測氣體中的塵和水分容易在滲透膜表面凝結,影響其透氣性。在使用本方法時應對被測氣體中的塵和水分進行預處理。

測定范圍:15～11440mg/m³。

二、儀器

①定電位電解法二氧化硫測試儀。

儀器技術指標:

測量量程上限:2860mg/m³;5720mg/m³;11440mg/m³。

測量分辨下限:2.86mg/m³。

穩定度(3h):零點漂移≤±0.2%F.S.;量程漂移≤±2%F.S.。

示值誤差:≤±3%(0%～20%滿量程范圍內);≤士4%(20%～60%滿量程范內);≤±5%(60%～100%滿量程范圍內)。

重復性:≤±2%;響應時間:≤60s;回復時間:≤60s;負載誤差:≤5%。

②帶加熱和除濕裝置的采樣管。

③不同濃度二氧化硫標準氣體或二氧化硫配氣系統。

三、試劑

二氧化硫標準氣體,濃度為儀器量程的50%左右。

四、采樣

1、采樣前的準備

1)儀器標定:

①檢查并清潔采樣預處理器的煙塵過濾器、氣水分離器及輸氣管路。

②按使用說明書連接采樣預處理器與定電位電解法二氧化硫測試儀的氣路和電路,確認無誤后,按規定順序接通電源。

③用二氧化硫標準氣將氣袋清洗三次,然后將標準氣注入氣袋備用。

④將流量計與二氧化硫測試儀連接(帶有流量動控制的儀器可不接流量計)在環境空氣中啟動儀器,調節流量計流量,使其達到儀器說明書規定流量當儀器完成倒計時自檢校準零點后,操作儀器進入標定狀態。

⑤將裝有標準氣的氣袋與流量計進氣口連接,執行儀器標定操作。標定操作結束后,取下氣袋,使儀器抽入空氣,清洗傳感器。當儀器顯示值達到20mg/m³以下時,關閉儀器。

2)儀器的校準:

①④與1)儀器標定①④相同。

⑤將裝有標準氣的氣袋與流量計進口氣連接,執行儀器測試操作,同時開始用秒表計時當儀器讀數達到標準氣濃度的90%時(即t₉₀)讀取秒表時間。當儀器示值穩定后,讀取并記錄測試值,取下氣袋,使儀器抽入空氣,清洗傳感器。計算示值誤差和重復性誤差。

⑥將阻力調節閥、U型壓力計與二氧化硫測試儀連接,U型壓力計的一端與大氣相通儀器開機進入測試功能后,調節阻力調節閥至U型壓力計水柱壓差為10kPa條件下,通入上述標準氣,待儀器示值穩定后,讀取并記錄測試值,計算負載誤差。當儀器顯示值達到20mg/m³以下時,關閉儀器。

2、連續自動采樣

連接采樣管與儀器進氣孔,以儀器規定采樣流量連續自動采樣。

五、步驟

①按使用說明書連接采樣預處理器與定電位電解法二氧化硫測試儀的氣路和電路,確認無誤后,按規定順序接通電源。

②在環境空氣中開機自檢校準零點,當儀器進入測試功能后,將采樣槍放進采樣孔并用棉布塞緊使之不漏氣(有條件時應監測并調節儀器抽氣流量,使其與標定流量一致)。

③當儀器測試顯示濃度值變化趨于穩定后,記錄(打印)測試數據。

④讀數完畢將采樣槍取出,置于環境空氣中,清洗傳感器至儀器讀數在20mg/m³以下時,將采樣管放進采樣孔進行第二次測試。

⑤重復②④步驟,直至測試完畢。

⑥關閉儀器,切斷電源。

六、計算

①示值誤差:

式中:C_a平均值——測量標準氣體濃度平均值;

? ? ? ? ? C_s——標準氣體濃度值;

? ? ? ? ??i——第i濃度的標準氣體。

②重復性誤差:

式中:C_i——第i次測量標準氣體濃度值;

? ? ? ? ? ?n——重復測量次。

③負載誤差:

式中:C₁平均值——施加阻力時測量標準氣體濃度平均值;

? ? ? ? ? C_n平均值——空載時測量標準氣體濃度平均值。

④儀器對二氧化硫測試的結果,應以質量濃度表示。如果儀器顯示二氧化硫值以ppm表示濃度時,應按下式換算為標準狀態下的質量濃度:

二氧化硫(SO₂,mg/m³)=2.86×ppm

七、說明

①在校準過程中,若t₉₀大于60s時,應檢查儀器氣路是否漏氣或傳感器靈敏度是否降低,若傳感器靈敏度降低,應考慮更換儀器傳感器。

②在測試過程中,儀器應該一次開機直至測試完畢,中途不能關機重新啟動,以免儀器零點變化,影響測試準確性。

③在測試過程中,儀器采樣流量應與標定校準流量一致,采樣流量的變化將影響測試準確性。

④對煙道二氧化硫的測試,應選擇抗負壓能力大于煙道負壓的儀器,否則會使儀器采樣流量減小,測試濃度值將低于煙道二氧化硫實際濃度值。

⑤進入傳感器的煙氣溫度不得大于40℃。

⑥NO₂的影響是負值,影響率在-5%以下。

⑦H₂S的影響是正值,影響率一般在60%左右;垃圾焚燒爐排氣中含有H₂S,測定前應除去硫化氫或同時測定硫化氫的濃度,按儀器說明書的規定扣除硫化氫對測定二氧化硫濃度值的影響。