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ORP计的测量原理及应用

2020-08-03 14:32:34来源: 点击:

ORP”是什么?

ORP是氧化还原电位的简称(是英文Oxidation-Reduction Potential的缩写)Eh,也称为REDOX,并且是监测和控制化学反应的有效测量。

·         氧化氧添加/电子还原

·         还原氧还原/电子添加

 

 ORP作为介质(包括土壤、天然水、培养基等)环境条件的一个综合性指标,已沿用很久,它表征介质氧化性或还原性的相对程度。

ORP的特性

·         总活性的泛化测量

·         毫伏输出允许自动控制化学反应

 

ORP计的测量原理及应用(图1)

ORP的单位是mv。它由ORP复合电极和mv计组成。ORP电极是一种可以在其敏感层表面进行电子吸收或释放的电极,该敏感层是一种惰性金属,通常是用铂和金来制作。参比电极和pH电极一样的银/氯化银电极。Redox电极是一支贵金属电极。它被用来进行电位测量,而同时又不能参加化学反应过程,也就是说它是要经收住化学冲击。  

ORP(氧化还原电位)是水质中一个重要指标,它虽然不能独立反应水质的好坏,但是能够综合其他水质指标来反映水族系统中的生态环境。  

电极工作原理

ORP测量电极等同于pH测量电极,但是使用贵金属作为测量元件,而不是pH玻璃。 使用贵金属是因为它们不能参加化学反应过程。可以使用其他贵金属,例如金或银,但是最常用的是铂。 .

ORP计的测量原理及应用(图2)

参比电极和pH值测量用的是一样的。它是一根Ag/AgCl(/氯化银)导线,浸入3.5M KCl中,填充液(KCL)中的AgCl达到饱和状态。第二个液接界在工业电极中是很常见的,用于保护参比电极,且被称为"双液接界"ORP复合电极的工作原理与pH电极的工作原理相同。 基于所发生的氧化或还原反应,测量电极产生毫伏输出,同时参比电极生成恒定毫伏输出。ORP电极的工作范围是 +/- 2000mV。带有毫伏刻度的pH计或ORP变送器或控制器用于显示读数。

ORP计的测量原理及应用(图3)

温度补偿不用于ORP测量。校正系数取决于系统和化学物且不易确定。

 

  将一支铂针Redox电极插入到含氯的溶液中,则在铂针表面与水面之间形成一个相界层,被称为"Helmholtze双电层"。此相界层相当于一个电容,其一端与铂针相连,另一端如pH测量一样与参比电极相连。此电容会由于铂针和溶液之间的电化学电位差进行充电。

  而溶液的电位取决于对数浓度比LogCOX/CRED和水中所有离子的电位差的总和。在此同时铂也会被氧化,而且取决于氧化剂的浓度在其表面形成34原子层厚度的铂氧化层。此氧化层一方面传导电子,也就是说,阻碍Redox测量过程。但是此氧化层同时建立一个氧化存储器,当氯含量降低是会引起测量的延迟。被测溶液越稀,这一延迟过程越长。

  

  在高含量Redox缓冲液的条件下,此过程可被忽略。此效应也可以用前面举的两个罐子的例子来解释。一个罐子充满水,另一个罐子是空。如果连接管道的口径较小,则二个罐子水位平衡的过程较慢,反之则较快。电极表面的粗糙也会带来上述的测量惯性。这是因为粗糙表面的坑凹也会存储效应,从而使离子交换的过程变差。  

  Redox电极的表面应尽量保持光洁。由于“Helmholtze双电层的作用就象一个电容,因此在电位变化时就会有一个充电电流流过,一直到达电化学平衡为止。  

  在自然界的水体中,存在着多种变价的离子和溶解氧,当一些工业污水排入水中,水中含有大量的离子和有机物质,由于离子间性质不同,在水体中发生氧化还原反应并趋于平衡,因此在自然界的水体中不是单一的氧化还原系统,而是一个氧化还原的混合系统。测量电极所反映的也是一个混合电位,它具有很大的试验性误差

  另外,影响ORP值的温度系数也是一个变量,无法修正。因此ORP计一般都没有温度补偿功能。

  在水中,每一种物质都有其独自的氧化还原特性。简单的,我们可以理解为:在微观上,每一种不同的物质都有一定的氧化-还原能力,这些氧化还原性不同的物质能够相互影响,最终构成了一定的宏观氧化还原性。所谓的氧化还原电位就是用来反应水溶液中所有物质反应出来的宏观氧化-还原性。氧化还原电位越高,氧化性越强,电位越低,氧化性越弱。电位为正表示溶液显示出一定的氧化性,为负则说明溶液显示出还原性。

 

应用介绍

典型的ORP应用例子:

·         臭氧或氯气控制

·         铬酸盐还原或氰化物破坏

ORP计的测量原理及应用(图4)

ORP计的测量原理及应用(图5)

ORP计的测量原理及应用(图6)



ORP mV对臭氧ppm


ORP   mv

应用

臭氧ppm

200-400

水产养殖, 冷却塔

<0.06

500-600

游泳池,热水浴池

<0.15

600-800

水消毒

<0.4

800+

水杀菌

>0.4

 

ORP应用领域

·         水处理 (污水) - 预加氯和脱氯

·         金属加工 (CN破坏和铬酸盐还原)

·         臭氧处理(商业水族馆, 水消毒)

·         漂白剂生产

·         禽类加工 - 消毒表皮

·         水果和蔬菜清洗

·         纸浆漂白(纸业)

·         氯添加 (游泳池,温泉)

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