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氧產(chǎn)量,濃度檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-07 15:22:09 更新時(shí)間：2025-09-15 17:41:16

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

氧產(chǎn)量和濃度檢測(cè)是工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療保健及科學(xué)研究等領(lǐng)域的關(guān)鍵質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是涉及燃燒、發(fā)酵、化工合成或金屬冶煉等過程，精確監(jiān)控氧氣產(chǎn)量（如制氧設(shè)備產(chǎn)出）和環(huán)境中或流程氣體中的氧氣濃度至關(guān)重要。這直接關(guān)系到工藝效率、設(shè)備安全運(yùn)行（如預(yù)防富氧或缺氧環(huán)境導(dǎo)致的爆炸或窒息風(fēng)險(xiǎn)）、產(chǎn)品質(zhì)量（如焊接保護(hù)氣體純度）以及環(huán)保排放達(dá)標(biāo)。在醫(yī)療領(lǐng)域，呼吸機(jī)、麻醉機(jī)、制氧機(jī)輸出的氧氣濃度必須嚴(yán)格符合規(guī)定，直接關(guān)乎患者生命安全。環(huán)境監(jiān)測(cè)中，大氣、水體溶解氧的檢測(cè)則是評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)健康、污水處理效率的核心指標(biāo)。因此，建立準(zhǔn)確、可靠、高效的氧產(chǎn)量與濃度檢測(cè)體系，需要依托科學(xué)的檢測(cè)項(xiàng)目、先進(jìn)的儀器設(shè)備、規(guī)范的操作方法以及嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

檢測(cè)項(xiàng)目

氧產(chǎn)量與濃度檢測(cè)的核心項(xiàng)目主要包括：
1. 氧氣產(chǎn)量 (Oxygen Output/Production)：通常指制氧設(shè)備（如PSA制氧機(jī)、深冷空分裝置）在單位時(shí)間內(nèi)（如每分鐘、每小時(shí)）產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氧氣體積流量（如Nm3/h, L/min）。這是衡量制氧設(shè)備性能的關(guān)鍵指標(biāo)。
2. 氧氣濃度 (Oxygen Concentration/Purity)：指在特定氣體混合物中，氧氣所占的體積百分比或摩爾百分比（% vol）。這是評(píng)價(jià)氧氣產(chǎn)品純度、環(huán)境安全（如受限空間）、工藝氣體成分是否達(dá)標(biāo)的最直接參數(shù)。
3. 氧氣分壓 (Oxygen Partial Pressure)：在混合氣體中，氧氣單獨(dú)產(chǎn)生的壓力。在特定應(yīng)用中（如潛水呼吸氣體、高壓氧艙）尤為重要。
4. 溶解氧濃度 (Dissolved Oxygen, DO)：指溶解在水體或其它液體中的氧氣含量，通常以質(zhì)量濃度表示（如mg/L, ppm）。對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)、生物處理過程和生態(tài)系統(tǒng)研究至關(guān)重要。
5. 氧氣露點(diǎn)/水含量：對(duì)于高純度工業(yè)氧氣，水分含量（常以露點(diǎn)溫度℃表示）也是一個(gè)重要的純度指標(biāo)。

檢測(cè)儀器

針對(duì)不同的檢測(cè)項(xiàng)目和場(chǎng)景，常用的儀器設(shè)備包括：
1. 氧氣分析儀 (Oxygen Analyzers):
* 電化學(xué)式 (Electrochemical)：利用氧氣在電極上的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電流來測(cè)量濃度。便攜式、在線式均有，適合中低濃度測(cè)量（如0-25%或0-100%），成本較低，但傳感器壽命有限。
* 順磁式 (Paramagnetic)：利用氧氣具有強(qiáng)順磁性的原理（其他大多數(shù)氣體為抗磁性）。測(cè)量精度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)，是測(cè)量高純度氧氣（90%-100%）或需要高精度場(chǎng)合的首選。
* 氧化鋯式 (Zirconia)：利用氧化鋯陶瓷在高溫下對(duì)氧離子的傳導(dǎo)性，通過濃差電池原理測(cè)量氧分壓。主要用于高溫?zé)煔猓ㄈ缛紵^程）的氧含量在線監(jiān)測(cè)。
* 激光/光學(xué)式 (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy - TDLAS, 或其他光學(xué)技術(shù))：利用氧氣分子對(duì)特定波長(zhǎng)激光的吸收特性進(jìn)行測(cè)量。非接觸、響應(yīng)快、維護(hù)量低，適用于復(fù)雜或惡劣環(huán)境（如高溫、高粉塵、腐蝕性氣體）的在線監(jiān)測(cè)。
2. 流量計(jì)/流量傳感器 (Flow Meters/Sensors)：用于測(cè)量氧氣產(chǎn)量，類型多樣：
* 差壓式（孔板、文丘里管、V錐）：通過測(cè)量流體流經(jīng)節(jié)流件前后的壓差計(jì)算流量。
* 熱式質(zhì)量流量計(jì)：利用流體帶走熱量的原理測(cè)量質(zhì)量流量，對(duì)氣體尤其適用。
* 渦輪流量計(jì)：通過測(cè)量渦輪轉(zhuǎn)速計(jì)算體積流量。
* 超聲波流量計(jì)：利用超聲波在流動(dòng)流體中傳播的時(shí)間差/頻率差測(cè)量流速。
* 轉(zhuǎn)子流量計(jì)（浮子流量計(jì)）：簡(jiǎn)單直觀，常用于小流量指示。
測(cè)量氧氣時(shí)，需特別注意材質(zhì)兼容性（禁油、防爆）和量程匹配。 3. 溶解氧測(cè)定儀 (DO Meters)：主要基于電化學(xué)原理：
* 極譜法/克拉克電極 (Polarographic/Clark Cell)：使用金或鉑陰極、銀陽(yáng)極，覆蓋透氧膜。工作時(shí)需極化電壓，消耗氧氣產(chǎn)生電流。
* 熒光淬滅法 (Luminescent/Optical)：利用特定熒光物質(zhì)在藍(lán)光激發(fā)下發(fā)出紅光，其發(fā)光強(qiáng)度或壽命會(huì)被氧氣淬滅的特性來測(cè)量DO。無需消耗氧氣、無需電解液、維護(hù)量低、響應(yīng)快、漂移小，是目前主流技術(shù)。
儀器通常包含探頭（傳感器）和主機(jī)（顯示、記錄單元）。 4. 露點(diǎn)儀 (Dew Point Meters)：用于測(cè)量氣體（包括氧氣）中的水蒸氣露點(diǎn)溫度，常見原理有冷鏡式、電容式（高分子薄膜）、電解式（五氧化二磷）等。

檢測(cè)方法

檢測(cè)方法的選擇取決于檢測(cè)項(xiàng)目、精度要求、應(yīng)用場(chǎng)景（實(shí)驗(yàn)室/現(xiàn)場(chǎng)/在線）和設(shè)備可用性：
1. 在線連續(xù)監(jiān)測(cè)：將分析儀（如順磁氧分析儀、激光氧分析儀、氧化鋯氧分析儀、熱式流量計(jì)）或傳感器（如熒光法DO傳感器）直接安裝在工藝管道、煙道、反應(yīng)器或水體中，進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)的氧氣濃度、流量或DO測(cè)量。數(shù)據(jù)可直接傳輸至控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。
2. 便攜式現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)：使用便攜式氧氣檢測(cè)儀（多為電化學(xué)或小型順磁）、便攜式流量計(jì)、便攜式DO儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)、安全檢查或設(shè)備調(diào)試。常用于受限空間進(jìn)入監(jiān)測(cè)、泄漏檢測(cè)、故障排查等。
3. 實(shí)驗(yàn)室分析：
* 氣體分析：可使用高精度的順磁氧分析儀或氣相色譜儀（配備TCD或?qū)Ｓ醚鯔z測(cè)器）進(jìn)行氣體樣品中氧氣濃度的精確測(cè)定。氣體樣品通常需通過減壓閥、干燥管、流量控制器等預(yù)處理后引入儀器。
* 溶解氧分析：經(jīng)典方法是溫克勒碘量法 (Winkler Titration)，是一種化學(xué)滴定法，精度高，常作為基準(zhǔn)方法，但操作繁瑣耗時(shí)。實(shí)驗(yàn)室也廣泛使用校準(zhǔn)好的便攜式或臺(tái)式DO儀（電化學(xué)或熒光法）進(jìn)行測(cè)量。
4. 產(chǎn)量計(jì)算：氧氣產(chǎn)量通常通過測(cè)量制氧設(shè)備出口的氧氣濃度（純度）和總氣體體積流量來計(jì)算得出。需要確保流量和濃度測(cè)量點(diǎn)一致且代表性強(qiáng)。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

氧產(chǎn)量和濃度檢測(cè)需遵循嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可比性和可靠性。主要涉及的標(biāo)準(zhǔn)包括：
1. 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) (GB)：
* GB/T 3863-2008《工業(yè)氧》: 規(guī)定了工業(yè)氧氣產(chǎn)品的技術(shù)要求（純度≥99.2%）、試驗(yàn)方法（純度測(cè)定推薦化學(xué)吸收法或順磁氧分析儀法）、檢驗(yàn)規(guī)則等。
* GB/T 14599-2008《高純氧》: 規(guī)定了高純氧氣產(chǎn)品的技術(shù)要求（如純氧99.995%）、試驗(yàn)方法（純度測(cè)定推薦使用帶氦離子化檢測(cè)器的氣相色譜法或高精度順磁氧分析儀）等。
* GB 8982-2009《醫(yī)用及航空呼吸用氧》: 對(duì)醫(yī)用氧氣和航空呼吸用氧的純度、水分含量（露點(diǎn)）、二氧化碳含量、氣味等有嚴(yán)格規(guī)定，檢測(cè)方法也有相應(yīng)要求。
* GB/T 7489-1987《水質(zhì) 溶解氧的測(cè)定碘量法》: 規(guī)定了水質(zhì)溶解氧測(cè)定的經(jīng)典碘量法。
* HJ 506-2009《水質(zhì) 溶解氧的測(cè)定電化學(xué)探頭法》: 規(guī)定了使用電化學(xué)探頭法（膜電極法）測(cè)定水中溶解氧的方法。
* GB/T 15452-2009《工業(yè)循環(huán)冷卻水中化學(xué)需氧量(COD)的測(cè)定高錳酸鉀法》 (間接相關(guān)，需氧量指標(biāo))。
2. 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：如石油、化工、電力、冶金等行業(yè)制定的更具體的氧氣檢測(cè)、制氧設(shè)備性能測(cè)試等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如HG, SH, DL, YB等系列標(biāo)準(zhǔn)）。
3. 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：
* ISO 6142:2001, ISO 6143:2001 等：氣體分析校準(zhǔn)用混合氣體的制備和證書要求。
* ISO 7504:2015：氣體分析 - 詞匯。
* ASTM D888-18：水中溶解氧的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法（主要包含碘量法和膜電極法）。
* ASTM D1945-14(2019)：用氣相色譜法分析天然氣中常量組分（包含