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HPE-1900系列紫外臭氧分析儀背景及分析
1. 背景
臭氧（O3）是地球大氣中一種微量氣體，是氧氣的同素異形體。在常溫下，它是一種有草鮮味的淡藍(lán)色氣體，是由大氣中氧分子受太陽(yáng)輻射分解成氧原子后，氧原子又與周圍的氧分子結(jié)合而形成的。地球90%的臭氧分布在距離地球表面15～25km的大氣中，形成臭氧層有效阻擋太陽(yáng)紫外線輻射, 少量的臭氧分布在人類生活的地表區(qū)域。
圖1.臭氧層（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）
臭氧化學(xué)性質(zhì)非常活潑，它在游離時(shí)能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的氧化作用。早在19世紀(jì)，人們就認(rèn)識(shí)到了臭氧對(duì)木材、稻草、淀粉、植物色素、天然橡膠、脂肪、動(dòng)植物油與酒精等物質(zhì)都有強(qiáng)氧化作用。
1868年，德·格貝斯（de·Gebeth）獲得了臭氧應(yīng)用技術(shù)的the first patent，用臭氧將煤焦油混合物氧化為涂料、油漆類產(chǎn)品。1873年，歐洲將臭氧在食糖精制和亞麻漂白方面投入使用。二戰(zhàn)以后，上臭氧應(yīng)用技術(shù)獲到了長(zhǎng)足發(fā)展。1902年，德國(guó)帕德博恩建立了first用臭氧處理水質(zhì)的大規(guī)模水廠，開(kāi)創(chuàng)了臭氧水處理的先河，現(xiàn)在世界上已有數(shù)千座臭氧水廠。歐美、日本、加拿大等國(guó)家的自來(lái)水廠應(yīng)用臭氧已達(dá)到普及程度。礦泉水、純凈水廠家?guī)缀醵佳b備了臭氧設(shè)備。美國(guó)七十年代初開(kāi)始利用臭氧處理生活污水，主要是為了殺菌消毒、去除污染物、脫色等達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。日本則在缺水地區(qū)，將污水用臭氧處理后，作為中水使用。美、日、德、法等國(guó)家近年來(lái)都建立了大規(guī)模的臭氧污水處理廠。一百多年來(lái)臭氧應(yīng)用已深入到多個(gè)領(lǐng)域，對(duì)人類的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。
工業(yè)應(yīng)用臭氧非常普遍，主要用于化工、石油、造紙、紡織和制藥、香料工業(yè)。近些年受人類活動(dòng)影響其數(shù)值在逐漸升高，威脅著人類的生存,因此準(zhǔn)確掌握環(huán)境和工業(yè)生產(chǎn)臭氧濃度數(shù)值至關(guān)重要。人們對(duì)大氣和工業(yè)臭氧濃度的分析設(shè)備的準(zhǔn)確度要求越來(lái)越高。
2. 臭氧分析儀的典型應(yīng)用
2.1. 臭氧老化試驗(yàn)箱控制
臭氧老化試驗(yàn)箱是一種模擬和強(qiáng)化大氣中臭氧條件的試驗(yàn)裝置。臭氧老化試驗(yàn)箱產(chǎn)生臭氧的方法主要有高壓放電法、紫外線照射法、電解法。高壓放電式臭氧發(fā)生器因具有技術(shù)成熟、工作穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，為國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)使用廣泛的臭氧發(fā)生器。
該類型臭氧箱的工作原理為高壓放電產(chǎn)生的臭氧氣體和一定量的已處理的空氣，在交換器中混合后送入試驗(yàn)箱體，加之加熱加濕系統(tǒng)的運(yùn)行，滿足了所有的試驗(yàn)條件。臭氧老化試驗(yàn)箱適用于測(cè)試硫化橡膠制品、有機(jī)材料、非金屬材料的耐臭氧老化性能和老化龜裂拉伸試驗(yàn)。為了使控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定值有效地控制臭氧的發(fā)生，臭氧分析儀將連續(xù)在線檢測(cè)到的臭氧濃度反饋到臭氧發(fā)生器控制系統(tǒng)，從而使試驗(yàn)箱保持設(shè)定的臭氧濃度。
圖2.臭氧老化試驗(yàn)箱（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）
2.2. 臭氧燈產(chǎn)出效率檢驗(yàn)
臭氧燈目前主要用于空氣消毒殺菌和物體表面消毒，它象直管形熒光燈一樣，可制成燈具，有懸掛式、掛璧式、吸頂式和嵌入式。也可裝置在密封和半密封的器具中作空氣消毒殺菌器，如消毒櫥柜用于衣物、碗筷消毒，口腔體溫表消毒器用于醫(yī)院病房護(hù)士對(duì)病人測(cè)溫后消毒，電冰箱內(nèi)除臭、理發(fā)用具消毒及足療等領(lǐng)域。 醫(yī)院的手術(shù)室、治療室、輸液室、燒傷病房等需用高臭氧濃度殺菌來(lái)創(chuàng)造無(wú)菌室，防止交叉感染等， 這是目前應(yīng)用多的領(lǐng)域。 水和飲料消毒也是臭氧燈的領(lǐng)域，自來(lái)水現(xiàn)用含氯的消毒法易致癌，使用臭氧消毒效果好，無(wú)殘留物和副作用，而且，臭氧有半衰期，在消毒后殘余繼續(xù)留在水和飲料中長(zhǎng)期使飲料達(dá)到無(wú)菌。啤酒廠、 飲料廠、礦泉水廠等如采用臭氧消毒，其保質(zhì)期將延長(zhǎng)。
臭氧產(chǎn)生率是臭氧燈的主要參數(shù)，它是指在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下25℃時(shí)臭氧燈在靜止空氣中每千瓦小時(shí)能產(chǎn)生的臭氧的數(shù)量，單位是kg/kW/hr。臭氧燈的產(chǎn)生率通常在0.1 - 0.2 kg/kW/hr。臭氧產(chǎn)生率是這樣來(lái)測(cè)定的：在密閉容器內(nèi)置待測(cè)臭氧燈，容器內(nèi)插入臭氧測(cè)試儀采樣管線，接通臭氧燈和測(cè)試儀電源，同時(shí)按下計(jì)時(shí)表，記錄不同時(shí)間的臭氧量，就可獲得臭氧量隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)并畫(huà)出曲線。臭氧分析儀在線分析采樣管線經(jīng)采樣泵抽出的樣品氣體，測(cè)量范圍一般是較高濃度0 - 100ppm。
圖3.臭氧燈（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）
2.3大氣環(huán)境臭氧分析
相比美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū),我國(guó)城市大氣中的臭氧以及可吸入顆粒物濃度遠(yuǎn)高于國(guó)外經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),污染程度嚴(yán)重,對(duì)人體健康、生態(tài)環(huán)境和氣候變化都有很大影響一。大氣污染物可分為一次污染物和二次污染物。一次污染物是指由污染源直接排放的未經(jīng)化學(xué)反應(yīng)的污染物,而二次污染物則是一次污染物經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)生成的如臭氧、硫酸鹽、硝酸鹽和二次有機(jī)氣溶膠等。大氣中臭氧和二次氣溶膠等二次污染物的形成與多種因素有關(guān),包括其前體物濃度以及氣象條件等。隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，機(jī)動(dòng)車保有量迅速攀升，臭氧的前體物(氮氧化物) 的排放量加大，臭氧污染日益加劇。臭氧是城市大氣的重要污染物，主要由揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic compounds，VOCs) 和氮氧化物( NOx ) 經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)生成。 測(cè)定大氣中的臭氧濃度，對(duì)于構(gòu)建空氣質(zhì)量模型和空氣質(zhì)量指標(biāo)有非常重要的意義。空氣中的臭氧濃度范圍一般是0 - 500ppb，這對(duì)臭氧分析儀的精度有很高的要求。目前的高精度臭氧分析儀，主要以進(jìn)口品牌為主。
圖4.大氣中的臭氧（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）
3. 海爾欣HPE臭氧分析儀介紹
紫外線吸收法是現(xiàn)在在上流行的物理方法分析臭氧的方法。它是利用臭氧對(duì)254nm波長(zhǎng)的紫外線特征吸收的特性，依據(jù)比爾-郎伯定律制造出的分析儀器，只要選擇合適長(zhǎng)度的吸收池，就可以檢測(cè)0.002mg/m3至5%(vol)濃度的臭氧。其線形在4~5個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)都很好，該法已被我國(guó)作為環(huán)境空氣中測(cè)定臭氧的標(biāo)準(zhǔn)方法(GB1/T1154348)。紫外線吸收法不但適用于檢測(cè)氣體中臭氧濃度，也可以檢測(cè)水中溶解的臭氧濃度。
海爾欣推出的臭氧分析儀HPE-1900，由紫外燈，光波過(guò)濾器，臭氧吸收池，參考光電傳感器，信號(hào)光電傳感器，輸出顯示，電路部件等構(gòu)成。穩(wěn)定的紫外燈光源產(chǎn)生紫外線，當(dāng)氣體樣品以恒定的流速進(jìn)入儀器的氣路系統(tǒng)，用光波過(guò)濾器過(guò)濾掉其它波長(zhǎng)紫外光（臭氧對(duì)253.7nm 波長(zhǎng)的紫外光有特征吸收），只允許波長(zhǎng)253.7nm通過(guò)。經(jīng)過(guò)樣品光電傳感器，樣品空氣交替地或直接進(jìn)入吸收池或經(jīng)過(guò)臭氧滌去器再進(jìn)入吸收池，到達(dá)采樣光電傳感器，通過(guò)吸收池時(shí)被光傳感器檢測(cè)的光強(qiáng)度為I0，臭氧樣品通過(guò)吸收池時(shí)被光檢測(cè)器檢測(cè)的光強(qiáng)度為I，I/I0 為透光率。每經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)周期樣品光電傳感器和采樣光電傳感器電信號(hào)比較，儀器的微處理系統(tǒng)根據(jù)朗伯—比耳定律計(jì)算，可得出臭氧濃度。
圖5.海爾欣臭氧分析儀HPE-1900
海爾欣的HPE-1900系列臭氧分析儀，輕便易攜，用途廣泛，穩(wěn)定性好。既可以實(shí)現(xiàn)0 - 300ppm量程的高濃度工業(yè)過(guò)程分析，又可以實(shí)現(xiàn)0 - 500ppb量程的低濃度大氣環(huán)境分析。精度和準(zhǔn)確度經(jīng)由中國(guó)臺(tái)灣工研院驗(yàn)證，可提供NIST溯源校準(zhǔn)報(bào)告（如下圖例）。我們期待與您的合作！
圖6.NIST溯源校準(zhǔn)報(bào)告