微量氧分析仪用途及原理

　　微量氧分析仪主要用于工业在线、实验室以及瓶装高纯N2、Ar、He、Ne和混合气体中的微量氧、痕量氧的快速检测，尤其适用于空分装置和各气体分装厂高纯气体中微量、痕量氧的检测;同时也适用于石油化工、冶金等行业的高纯工艺性气体、保护性气体中微量氧的快速检测。特别是对于含氧量< 1 PPMv的钢瓶气样，检测准确、快速、简便，具有大优势。

　　微量氧分析仪分为两种分析原理：分别为燃料电池法微量氧分析仪和氧化锆微量氧分析仪

微量氧分析仪的详细原理介绍

　　1、燃料电池法微量氧分析仪

　　微量氧分析仪(燃料电池电化学法)

　　采用完全密封的燃料池氧传感器是当前国际上先进的测氧方法之一。燃料池氧传感器是由高活性的氧电极和铅电极构成，浸没在KOH的溶液中。在阴极氧被还原成氢氧根离子，而在阳极铅被氧化。

　　溶液与外界有一层高分子薄膜隔开，样气不直接进入传感器，因而溶液与铅电极不需定期清洗或更换。样气中的氧分子通过高分子薄膜扩散到氧电极中进行电化学反应，电化学反应中产生的电流决定于扩散到氧电极的氧分子数，而氧的扩散速率又正比于样气中的氧含量，这样，该传感器输出信号大小只与样气中的氧含量相关，而与通过传感器的气体总量无关。通过外部电路的连接，反应中的电荷转移即电流的大小与参加反应的氧成正比例关系。采用此方法进行测氧，可以不受被测气体中还原性气体的影响，免去了许多的样气处理系统。它比老式“金网-铅”原电池测氧更快速，不需要漫长的开机吹除过程，“金网-铅”原电池样气直接进入溶液中，导致仪器的维护量很大，而燃料电池法样气不直接进入溶液中，传感器可以非常稳定可靠的工作很长时间。事实上，燃料电池氧传感器是完全免维护的。但是在使用过程中，需要经常校准，确保其测试的准确性，目前市面上的燃料电池电化学氧传感器以英国CITY的传感器比较稳定。

　　2、氧化锆微量氧分析仪

　　微量氧分析仪(氧化锆法)

　　氧化锆传感器的核心构件是氧化锆固体电解质，氧化锆固体电解质是由多元氧化物组成的。常用的这类电解质有ZrO2·Y2O3，它由二元氧化物组成，其中，ZrO2称为基体，Y2O3称为稳定剂。ZrO2在常温下是单斜晶体，在高温下它变成立方晶体(萤石型)，但当它冷却后又变为单斜晶体，因此纯氧化锆的晶型是不稳定的。所以当在ZrO2中掺人一定量的稳定剂Y2O3时，由于Y置换了Zr的位置，一方面在晶体中留下了氧离子空穴，另一方面由于晶体内部应力变化的原因，该晶体冷却后仍保留立方晶体，因此又称它为稳定氧化锆。据上分析，稳定氧化锆在高温下(650℃以上)是氧离子的良好导体。 在上述电池中，Pt表示两个铂电极，它是涂制在氧化锆电解质的两边，两种氧分压为P''O2和P'O2的气体分别通过电解质的两边。作为氧传感器，其中P''O2是参比气，例如通人空气(20.6%O2)，P'O2是待测气，例如通入烟气。在高温下，由于氧化锆电解质是良好的氧离子导体，上述电池便是一个典型的氧浓差电池。

　　在高温下(650---850℃)，氧就会从分压大的P''O2一侧向分压小的P'O2侧扩散，这种扩散，不是氧分子透过氧化锆从P''O2侧到P'O2侧，而是氧分子离解成氧离子后，通过氧化锆的过程。在750℃左右的高温中，在铂电极的催化作用下，在电池的P''O2侧发生还原反应，一个氧分子从铂电极取得4个电子，变成两个氧离子(O2-)进入电解质，即：

　　O2(P''O2)+4e→2O2- P''O2侧铂电极由于大量给出电子而带正电，成为氧浓差电池的正极或阳极。这些氧离子进入电解质后，通过晶体中的空穴向前运动到达右侧的铂电极，在电池的P'O2侧发生氧化反应，氧离子在铂电极上释放电子并结合成氧分子析出，即：

　　2O-4e→O2(P'O2)

　　P'O2侧铂电极由于大量得到电子而带负电，成为氧浓差电池的负极或阴极。这样在两个电极上，由于正负电荷的堆积而形成一个电势，称之为氧浓差电动势。当用导线将两个电极连成电路时，负极上的电子就会通过外电路流到正极，再供给氧分子形成离子，电路中就有电流通过。

　　其池电势由能斯特方程给出：

　　E=RT/4F×ln(P''O2/P'O2)

　　式中R为气体常数，T为电池的热力学温度(K)，F为法拉第常数.(1)式是在理想状态下导出的， 必须具有四个条件：(1)两边的气体均为理想气体;(2)整个电池处于恒温恒压系统中;(3)浓差电池是可逆的;(4)电池中不存在任何附加电势。因此称(1)式为氧化锆传感器的理论方程。由(1)式可见由于参比气氧含量P''O2是已知的，因此测得E值后便可求得待测气体氧含量P'O2值。

　　当电池工作温度固定于700℃时，上式为：

　　E=48.26lg(P''O2/P'O2)

　　由上式，在温度700℃时，当固体电介质一侧氧分压为空气(20.6%) 时，由浓差电池输出电动势E，就可以计算出固体电介质另一侧氧分压，这就是氧化锆氧量分析仪的测氧原理。

电解池式微量氧分析仪

　　电解池式微量氧分析仪，其电化学反应不能自发进行，需要外接电源供应电能，其阳极是非消耗型的，一般不需要更换。电脑一般用于微量氧分析，检测下限可达PPB级。检测器通过与常温状态下的环境氧起反应，其氧气流不能中断，电池立即产生一个电流，在阴极上微量氧分子被电离，检测器反应由1.3V电源驱动，穿过电极，因此产生电子流，被检测器检测，电流的大小与样品气中的氧含量成正比例与原电池相比有许多优点。

　　1、其阳极是非消耗型的。样品气中的氧通过渗透膜进入阴极。在阴极，O2被还原在OH-离子，其阴极反应为：阴极反应，1.3伏电压下产生4个电子，来自于电解液中的2个水分子和来自于样气中的一个氧分子阴极上产生4个氢氧根离子，穿过反应区，到达阳极，也就是说借助于KOH溶液，OH-迁移到阳极，在阳极发生氧化反应：阳极反应消耗4个氢氧根离子并释放出4个电子到电路中，2个水分子返回到电解液中，一个氧分子被放出，排入大气。由电极反应式可见，电解液没有任何改变，检测器和电极也没有损耗。因此，使用中一般无需更换电极和电解池，只要适时补充蒸馏水和电解液即可，从而克服了消耗型原电池需要定期更换的弱点。

　　2、可以克服酸性气体的干扰：分析仪电解池，安装有一对Stab-E1辅助电极,其作用是抵消酸性气体对碱性电解液的中和作用和对银电极的腐蚀作用，在酸性气体起作用之前，将其从测量敏感区除去，以保证分析仪读数的准确可靠。

微量氧分析仪功能及特点

　　◆ 进口燃料电池式微氧检测元件，长寿命、反应快、工作稳定可靠

　　◆ 适用于氮气、氩气、氢气中微量氧和还原性气份中微量氧的测量

　　◆ 大屏幕LCD显示，全中文人机对话菜单，操作直观方便

　　◆ 同时显示氧量、量程、气流量、温度、日期、时间等参数

　　◆ 定时自动存储功能，可随时查看存储数据和曲线

　　◆ 上、下限报警点能在全量程范围内任意设置

　　◆ 可选标准4～20mA电流信号输出

　　◆ 可选标准RS232通讯口，与计算机实现双向通讯

微量氧分析仪的校准方法

　　微量氧分析仪的校准通常为两种。

　　1、瓶装标准气校准：分别采用零点气和量程气校准仪器的零点和量程，零点气多采用高纯氮，其氧含量小于0.5PPM，(测量偏差也就有这么大，或者超过，不建议采用)。微量氧的量程气不能用钢瓶盛装，因为容易发生吸附效应或氧化反应，从而使氧含量发生变化，最好采用内涂层处理的铝合金气瓶盛装，现用现配较好，有效期一年为限也可以，不宜长久存放。我们在现场，多采用单点量程校验，其效果往往比带零点校验的校验结果更好，这是因为所用零点气不能有效保证造成的，并不是方法不好。现场在零位不能确切保证的情况下，建议放弃零点校验。

　　2、电解配氧法校准：电解配氧法是配制氧量标准气的一种简易和常用的方法，有些分析仪有些配件装置，可方便地对分析仪进行校准，这种y方法简单、可靠并具有较高的准确度。

微量氧分析仪使用注意事项

　　1、微量氧分析仪的配套管线应确保密封，微小的泄漏都会使环境空气中的氧扩散进来，从而使测量数值偏高。虽然在测量中，样气压力大于环境压力，但样气中的氧是微量级的，根据法拉利定律，氧的分压与其体积含量成正比，大气中含有约为21%的氧，与以PPM计算浓度的样气的氧分压相差一万倍左右，因而气样中微量氧的分压远低于大气中的氧分压，当出现泄漏时，大气中的氧便会从泄漏部位迅速扩散进来。还有，取样管线应尽可能短些，接头尽可能少，要保证接头及阀门密封良好，管线连接完毕后，应做气密性检查。气密性检查的要求：0.25MPAm测试压力下，30分钟，压降不大于0.01MPA。

　　2、管线材质基本上以铜质或不锈钢管线为好，次选聚四氟乙烯管。禁选乳胶管、白胶管之类管材，其气密性和材质抗渗透性太差，测量微量氧在标准测量压力下误差太大。管线外径通常我们选择6毫米或1/4IN，也有选择3毫米或1/8IN，总之，不锈钢管，清洗、脱脂，保持管内壁光滑洁净，对于痕量级(〈1PPMV)氧的分析，应选择内壁抛光的不锈钢管。所选择的阀门、接头，死体积应尽可能小。

　　3、为防止样品中的水分在管壁上冷凝凝结，造成对微量氧的溶解吸收，应根据情况对取样管线采取绝热保温或伴热保温措施。检测液氮中的微量氧时，尤其要注意加温措施，不然，由于氧沸点低于氮沸点13度，样品气不均匀气化，会使测量值严重偏低。

　　4、原则上，微量氧分析仪的测量位应尽可能与测量单位接近，以避免过长的管线和过多的不确定因素，影响测量数据的可靠性。

　　5、样品气中不能含有油类组分或固体颗粒物，以免引起渗透膜阻塞和污染。

　　6、样品气中不应含有硫化物、磷化物或酸性气体成分。这些组分会对燃料电池，特别是碱性燃料电池造成危害

微量氧分析仪的干扰因素

　　气体成分在管道及设备中流动时发生的微观变化是复杂的、多变的。在常量气体成分分析时可以忽略的诸多影响因素，在微量气体成分分析时不仅不能忽略，反而必须认真对待，此时，这些因素已经成为影响微量气体成分分析正确结果的主要矛盾，必须逐一排除和解决才能使微量气体分析仪器工作顺利完成。这些影响因素主要包括以下几个方面：

　　①取样管路内气体多次的反复混合;

　　②管壁与气体成分的物理化学作用;

　　③管路材质;

　　④管路连接方式;

　　⑤管路洁净程度。

如何避免微量氧分析仪误差?

　　1.泄漏。氧气微氧分析仪在初次启用前必须严格检漏。氧气微氧分析仪只有在严密不漏的前提下才能获得准确的数据结果。任何连接点，焊点，阀门等处的不严密，将会导致空气中的氧反渗进入管道及氧分析仪内部，从而得出含氧量偏高的结果。

　　2.污染。在重新使用氧气微氧分析仪时，首先须注意在连接氧分析仪的取样管路时是否漏入空气，并且必须认真将漏入氧气微氧分析仪的空气吹除干净，尽量不使大量氧气通过氧气微氧分析仪的传感器以延长传感器寿命。在管道系统净化过程中，为缩短净化时间，需要有一定的方法，一般使用高压放气及小流量吹除交替进行可迅速净化氧气微氧分析仪管道。

　　3.管道材质的选择。氧气微氧分析仪管道材质及表面粗糙度也将影响样气中氧含量的变化。一般不宜用塑料管，橡胶管等作为连接管路。氧气微氧分析仪通常选用铜管或不锈钢管，对超微量分析(指<0.1ppm)则必须用抛光过的不锈钢管。

　　4.气路系统的简化及洁净。氧气微氧分析仪微量分析要求必须有效排除气路上的各种管件，阀门，表头等中的死角对样气造成的污染。因此，应尽可能简化氧气微氧分析仪气路系统，选用死角小的连接件等。并且，避免使用水封，油封及腊封等设备，防止溶解氧逸出造成污染，更需避免在样气引出至氧气微氧分析仪进口的管线上增加易造成污染的净化设备等。只有这样才能保证系统洁净，所得数据准确。

微量氧分析仪的适用范围

　　微量氧分析仪使用的范围比较广：钢铁、冶金、热电、石化、化工、焦化、PVC、多晶硅、合成氨等行业均能使用到，其中分类如下：

　　①空分制氧、空分制氮、化工流程氧含量自动分析

　　② 电子行业保护性气体中氧含量分析，如：氮气中微量氧测试

　　③ 磁性材料等高温烧结炉的保护性气体中氧含量分析

　　④ 玻璃、建材行业中氧含量分析及各种行业中氧含量分析

微量氧分析仪的采购须知

　　1、被测气体的温度为多少?

　　2、被测气体有没有可燃性气体?

　　3、被测气体的压力是多少?

　　4、被测气体含有含有水分?

　　5、被测气体的浓度范围多少?

　　6、被测气体的链接方式?

　　以上为微量氧分析仪的订购须知