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기술자료

잔류염소 폴라노그라픽 센서 동작 원리

admin 2021-12-09 11:19:28 조회수 922

잔류염소 폴라노그라픽 센서 동작 원리

측정 셀이 해당 측정 송신기에 연결되면 고정 된 외부 전압이 전극에 적용됩니다전극 면적의 차이로 인해 금 음극에서 분극이 발생합니다.

편파 중에 생성 된 분극 전류는 시간이 지남에 따라 감소하고 결국 안정화되는 매우 높은 표시 값에 의해 측정 송신기에서 볼 수 있습니다.

측정 셀을 보정하려면 양극화가 완료되어야합니다이산화염소는 물리적으로 용존 된 기체로서 매체에 존재하며 매체 흐름에 의해 막을 향해 운반 된다

이는 측정에 필요합니다.

막 물질은 용존 기체만이 액상 성분이 막을 통과 할 수 없음을 보장한다용존 염과 이온 성 물질도 또한 억제되어있다

이것이 개방 측정 원리와 달리 매체의 전도도가 측정 신호에 영향을 미치지 않는 이유입니다.

멤브레인을 통해 확산되는 이산화염소는 금 음극에서 염화물 이온으로 환원되는 반면은 은은으로 산화되고

양극에서 염화물. 음극에서의 전자 방출과 음극에서의 전자 수용은 일정한 조건 하에서 외부의 농도에 비례하는 전류 흐름을 일으킨다.

매체에서 이산화염소. 이 측정 원리로 인해 여기에 설명 된 이산화염소 측정 셀을 전류 측정기라고합니다

전류 흐름은 측정 트랜스미터에서 변환되어 용해 된 이산화염소 농도 (mg / l)로 디스플레이에 표시됩니다.

 

유속

막으로 덮인 측정 셀은 기능을 위해서는 최소 유속 15cm / s가 필요합니다. 흐름을 사용할 때

어셈블리 CCA 250에서 이 값은 시간당 30 리터의 유속에 해당 합니다 (빨간색 막대 마크 수준에서 플로트의 위쪽 가장자리). 

측정신호는 보다 높은 상승 된 유속에서 실질적으로 흐름 독립적이며 유속은 그 값보다 낮은 유속에 대해 존재 합니다

위에 언급했듯이. INS 근접 스위치를 어셈블리에 설치하면 불충분 한 유량을 확실하게 감지 할 수 있으며 경보 신호가 발령 될 수 있다. 이산화염소 비례 배제.

 

온도

중간 온도의 변화는 측정 신호에 영향을 줍니다. 온도가 증가하면 측정값이 증가하고 온도가 낮아지면 측정값이 낮아집니다

측정 셀에 내장 된 온도 센서는 매체를 측정합니다온도를 측정하여 송신기가 허용 온도 범위 내에서 측정 된 값의 온도 보상을 수행하도록 허용합니다.

 

유리 염소

이산화염소는 공기와 혼합 될 때 폭발적이므로 의도 된 장소에서 직접 생산해야합니다. 얻을 수 있다.

두 가지 다른 방법을 통해 : 염소산염 - 염산 공정을 통해 실제적으로

시스템 매개 변수에 따라 이산화염소 외에 유리 염소를 생성 할 수 있는 염소산염 소다 가스 방법이 있습니다

두 번째 경우에서, 염소를 유리시키는 이산화염소 측정 셀의 교차 민감도는 약입니다. 25 ° C pH 7.2에서 유리 염소가 단독 인 경우 DPD 1 값의 5 %.

 

Coaxial inner conductor transparent / “K” gold cathode

Coaxial screen red / “A” silver / silver chloride anode

 

 

제로 조정

멤브레인으로 덮인 측정 셀의 안정성이 제로이기 때문에 필요하지 않습니다. 기울기 조정 (감도)

pH 값 및 온도와 관련하여 측정 된 물의 지속적인 작동 데이터를 보장하십시오.

샘플링 콕에서 중간 샘플을 꺼내어 측정 트랜스미터 디스플레이의 실제 염소 값을 읽으십시오.

광도계를 사용하여 DPD 방법에 따라 유리 염소 농도를 결정하십시오.

판독 된 실제 값과 다를 경우 측정 된 트랜스미터를 결정된 DPD 값으로 설정하십시오.

몇 시간 또는 하루 후에 보정을 점검하고 필요한 경우 반복하십시오.


잔류염소 측정 센서

사람은 매일 23의 물을 평생 마시고 있어 먹는 물에 유해물질이 미량으로 함유되어 있더라도 건강에 미치는 영향은 매우 크다

그래서 국가에서는 하천수, 호소수 등을 정수 처리한 수돗물을 먹는 물로 공급하고 있다. 그러나 표류수는 많은 유해물질로 오염될 가능성이 높다

국제보건기구(WHO)에서는 물에는 약 2,000여종의 물질이 오염될 수 있고 약 750여종은 실제로 검출되고 있다고 보고하고 있다

먹는 물 중에 오염가능성이 높은 유해물질에 대하여 일생동안 섭취하여도 유해하지 않는 농도인 최대허용량을 먹는 물 수질기준으로 정하고 먹는 물은 

이 기준에 적합하도록 정수장에서 처리한 물을 공급하고 있다

또한 처리된물이 각 가정에까지 운반되는 동안 오염물질로 부터의 수질저하를 방지하기 위해 염소를 사용한 소독을 하고 있다

수돗물의 급수과정에서 미생물 오염 우려 및 염소의 추가 투여에 따른 관리상 어려움으로 정수장에서 잔류염소를 고농도로 투여하고 있다

염소를 소독제로 사용하는 경우 잔류염소의 농도 유지는 매우 중요하다. 잔류염소의 농도가 기준치 0.2mg/L 이하일 경우 유기물 및 병원성 세균 등에 의해 2차오염이 발생할 수 있다

이를 막기 위해 잔류염소의 농도를 높일 경우 0.6mg/L 이상의 잔류염소농도의 경우 소비자가 물맛에 심한 불만을 느낀다고 세계보건기구(WHO)에서 보고하고 있다

수돗물에서의 소독 약품 냄새는 병원미생물이 오염되지 않았다는 지표이나, 물맛은 저하되어 식수로 사용하는데 거부감을 주고 있다

또한 과다한 잔류염소는 발암물질인 THMs등의 소독부산물을 생성할 수 있으므로 적정한 농도는 필히 유지되어야 한다. 국가별 수돗물의 유리 잔류염소 기준은 아래 표와 같다.

 

유리 잔류염소란 염소(Cl2)가 물에 용해되어 생성하는 차아염소산(Hypochlorous acid, HOCl)과 차아염소산이온(Hypochlorite ion, OCl-)으로 존재하고

그 비율은 물의 pH와 수온에 따라 다르다. 결합잔류염소란 염소, 차아염소산 또는 차아염소산이온이 암모니아와 반응하여 생성된 모노클로라민, 디클로라민, 트리클로라민을 의미한다

이는 살균 등의 목적으로 물에 가한 가스 상 또는 분말상의 염소 또는 염소화합물의 원인이 되어 수중에 용존 하고 있다. 물속에서 염소는 분자 염소(Cl2), 차아염소산(HOCl), 차아염소산이온(OCl)의 세 가지 형태로 존재하고, 이를 유리 잔류 염소라 한다

이중 차아염소산이 가장 살균력이 강하여 활성 염소라 하고 유리 잔류 염소 중에 HOCl의 양이 많을수록 살균 능력이 강하게 나타난다

이 차아염소산 (HOCl)은 차아염소산 이온(OCl) 보다 100배 이상의 살균 효과를 갖고 있다고 알려져 있으며, 특히 낮은 pH에서 살균과 소독력이 있는 것으로 알려져 있다

염소의 살균 능력은 세균의 생존에 중요한 효소를 파괴시킬 수 있는 염소의 능력에 기인하는데, 살균률은 물속에 잔류하는 염소의 농도와 형태, pH와 온도, 수중의 불순물 농도, 접촉 시간 등에 의하여 영향을 받게 된다

이런 이유로 잔류염소의 측정 방법은 DPD비색법, DPD적정법, 오르트톨리딘(Orthotolidine), 전류적정법 등이 있다.

(적정: 정량분석에서 부피분석을 위해 실시하는 화학분석법이다. 일정한 부피의 시료용액 내에 존재하는 알고자 하는 물질의 전량을, 이것과 반응하는 데 필요한 이미 알고 있는 농도의 시약의 부피를 측정하여 그 양으로부터 알고자 하는 물질의 양을 구하는 방법이다.)

DPD비색법은 DPD(N, N-diethyl-p-phenylenediamine) 시약 속의 아민(amine)이 중성의 pH 조건에서 염소에 의하여 산화된 1차 산화물을 생성하고 이를 잔류염소 표준 비색표와 비교하여 측정하는 분석방법이다. 이 방법은 유리염소와 총 염소 측정이 모두 가능한 방법이다. DPD적정법은 DPD비색법과 유사하며 자홍색의 1차 산화물을 환원제인 황산제1철암모늄을 사용하여 무색의 종말점까지 적정하는 분석방법이다

DPD적정법은 적정시간으로 인하여 유리염소측정이 어려우며 분광광도기를 이용하는 비색법에 비해서 정밀도가 떨어지는 단점이 있다

오르트톨리딘법은 DPD법과 원리가 같은 비색법이다. 하지만 DPD법에 비해 낮은 정확도와 정밀도를 가지며 모든 농도범위에서 상대적으로 낮은 잔류염소농도가 검출되고 있어 표준방법에서는 1975년부터 채택되지 않고 있으며, 선진국에서는 사용하지 않는 방법이다.

전류 적정법은 표준 환원제(티오황산 또는 PAO)를 이용하여 적정하였을 때 화학반응에 의해 발생되는 전류 값을 측정하는 방법으로 2개의 전극에 전기를 공급하는 전기화학적 측정방법이다. 유리염소 검출을 위한 전류적정방법은 전압을 양쪽의 전극에 가하고 환원제를 이용하여 적정을 시작하여 전기반응으로 인하여 발생하는 변화를 측정한다

적정하는 동안 염소는 음전극에서 환원제와 반응하여 Cl- 형태로 감소된다. 적정이 끝나면 더 이상 전류는 흐르지 않으며, 이때 적정에 이용된 환원제의 양을 염소 농도로 계산한다

전류 적정법은 일반적인 산화제, 온도변화, 탁도, 색도 등의 간섭에 대해서 자유로운 반면에 분석에 대한 까다로움으로 전문가적인 기술이 필요하고

총 염소 양이 1/L 이상일 때 적용 가능한 방법이다. 이에 대한 대표적인 방법이 폴라로그래피법이다.

폴라로그래피(Polarography)법은 아래 그림과 같이 지시전극으로 적하수은 전극(Dropping Mercury Electrode, DME)을 이용하여 시료용액을 전기분해하고

이때 흐르는 전류를 외부에서 걸어준 전위에 대하여 도시한 전류-전압 곡선을 해석하여 용액 중에 있는 화학종의 정성분석과 정량분석을 하는 방법을 말한다

이때 전압대 전류곡선을 폴라로그램이라고 한다

1922년 체코의 화학자 J. Heyrovsky가 창시한 직류 폴라로그래피가 기본이지만, 새로운 폴라로그래피가 여러 가지 개발되어 고감도의 분석법으로 이용되고 있다

폴라로그래프 전해용기에 흐르는 전류는 전극반응의 속도와 전기화학적 활성종의 전극표면으로의 이동속도에 의존된다

충분히 큰 음전하에서는 전극반응의 속도가 매우 빠르므로 전극표면으로 이동되는 물질 종의 이동속도가 전류의 결정인자로 된다.

 



폴라로그래피의 측정회로는 전압계, 전류계 및 전해계로 이루어져 있다

2전극식일 때의 전해계는 전해액을 넣은 전지에 DME와 상대전극(기준전극을 겸한다)2전극을 넣어서 만든다

이 때에 상대전극 겸 기준전극은 전류가 흘러도 전위가 변하지 않는 소위 편극 되지 않은전극(unpolarized electrode)이라고 한다

최근에는 상대전극과 기준전극을 따로 하여 DME, 상대전극 및 기준전극의 3전극식의 전해계를 쓰는 것이 보통이다

전해액은 전극활성 물질(전극에서 산화 또는 환원되는 물질)과 지지전해질을 포함하고 있다

DME의 적하간격이 자연적하일 때에는 수초이지만 강제적하 장치로써 임의로 짧게 할 수 있다

아래 그림은 전압-전류그림(polarogram)의 보기이다

전극활성 물질이 1 mM Cd2+, 지지전해질이 0.1 M HCl일 때, ACd2+과 지지전해질을 포함하는 용액(1mM Cd2+ + 0.1M HCl), B는 지지전해질(0.1M HCl)만의 용액에서 얻어진 것이다. DME의 수은방울이 낙하하고 성장할 때마다 전류 값이 진동하지만, 전압-전류곡선으로서는 적하직전의 전류 값(최상단)을 연결하여 곡선을얻는다

곡선 B에서는 +0.1 V Ag/AgCl 전극 부근에서 DME의 수은이 산화용출하기 때문에 전류가 흐르기 시작하고, -1.1 V 부근에서 수소이온의 환원전류가 흐르기 시작하지만, 그 사이는 잔류전류(residual current)라고 불리는 작은 전류가 흐른다

곡선 A에서는 Cd2+의 환원반응(Cd2+ + 2e + Hg Cd(Hg))에 의하여 S자형의 전압전류 곡선이 얻어진다

DME의 적하직전의 전류 값만을 전기적으로 끄집어내어 폴라로그램을 기록하는 방법(tast polarography)도 있다

이 때 에는 아래 그림과 같은 전류 값의 흔들림이 거의 일어나지 않는다. 


 


직류 폴라로그래피에서는 일반적으로 전극반응에 의하여 S자형의 전압-전류곡선이 얻어진다이것을 폴라로그래피파(polarogaphic wave or polarogram)라고 한다

한계전류가 전극활성 물질의 농도에 비례하고, 반파전위가 전극활성 물질에 특유한 값을 나타내므로 폴라로그래피파를 측정하여 정량분석과 정성분석을 할 수 있다

직류 폴라로그래피에서는 전극에서 산화 또는 환원되는 많은 무기 및 유기물질(이온, 착물 및 분자)이 측정대상으로 되며, 측정 가능한 농도범위는 2×10-610-2 M 정도이다

또 여러 개의 전극활성 물질이 공존할 때에는 각 물질에 대한 폴라로그래피파가 계단모양으로 나타나고, 동시정량이 가능하다. 수은전극은 수소과전압이 크기 때문에 산성 용액 중에서도 꽤 전위까지 측정할 수 있는 장점이 있다

다만 전위 쪽의 측정범위는 DME 수은의 산화용출에 의하여 제한되며, 전극반응이 +전위에서 일어나는 물질의 측정이 곤란하다

+전위 쪽의 측정에는 탄소전극이나 백금전극을 작업 전극으로 쓰는 전압-전류법이 이용된다

폴라로그래프법의 장점은 수은 방울이 계속 새로 생성되어 적하되어 항상 깨끗한 전극표면이 시료용액과 접촉을 하여 전극반응은 항상 같은 조건에서 반복되어 일어날 수 있다

시약을 변화시킴으로서 잔류염소와 유리유효염소를 분리하여 측정할 수 있는 장점이 있으나, 수은은 쉽게 산화되므로 산화전극으로 사용이 곤란하며, 잔류전류로 인해 확산전류의 정확한 측정에 방해를 받으며, pH의 영향을 받기 쉬운 단점이 있다.


소독의 유효성은 물의 pH​​의해 결정됩니다. pH5,57.5 사이 일 때 최적의 염소 소독이 이루어집니다

과염소산 (HOCl)은 차아염소산염 이온 (OCl -); 80-100 % 더 효과적입니다. pH 값이 높을수록 염산의 농도가 낮아집니다

pH 값이 6 인 경우, 염소산 농도는 80 %이며, 차아 염소산염 이온의 농도는 20 %입니다. pH 값이 8 일 때, 이것은 다른 방향입니다.

pH 값이 7.5 일 때, 염산 및 차아염소산염 이온의 농도는 동일하게 높다.


         과염소산 (왼쪽)                                   차아 염소산 이온 (오른쪽)


전위차 측정 용 염소 분석기

세계 보건기구 (WHO)는 소독 효율을 통제하기 위한 산화 환원 잠재력 측정을 승인했다

효과적인 소독을 보장하는 데 필요한 최소한의 산화 환원 전위를 설정할 수 있음을 나타냅니다

표준으로 650mV의 산화 환원 전위 (/ 염화은 전극으로 측정)가 올바른 소독을 보장하는 값으로 설정됩니다

산화 환원 전위 측정의 자동화는 수행 된 소독의 측정 및 제어를 허용합니다. 물의 완전하고 영구적 인 소독을 위해 최소한의 항균제 값을 유지할 필요가 있습니다

산화 환원 전위의 결정은 두 전극 사이에서 생성 된 전위차에 기초합니다. (전극 표시기와 전기기준 산화 환원 전위)


 우리가 결정하고자하는 산화 환원 전위를 갖는 용액에서 발견된다

기준 전극은 일반적으로 전위가 일정하고 알려진 것으로 알려진 은 / 염화은 전극이며, 그 이름이 지표 전극에 대한 기준으로 사용됨을 나타냅니다

지시 전극은 대개 대부분의 경우 산화 환원 반응이 일어나는 백금 전극 (금이 고도로 산화 된 매질에도 사용되지만)이다

2 개의 전극 사이에 생성 된 전위차는 전위차계로 측정되며 살 생물 제의 농도를 결정하는 데 사용되는 값이 됩니다

산화 환원 전위는 시료에 존재하는 유리 염소의 농도를 직접적으로 측정하는 것이 아니라 용액의 산화 용량 (mV로 표시). 염소의 경우에는 더 큰 산화력을 가진 유리 염소이므로 유리 염소 농도를 결정할 때 이 산화 환원 값이 사용됩니다

산화 환원 전위의 결정은 온도에 따라 달라지므로 전극에 전위의 결정을 수행하기 위한 온도 탐침 시료의 산화 환원 전위 값으로부터 유리 염소의 추정 유리 염소 농도를 결정할 수 있지만 이 농도를 할당 할 수 있으려면 시료의 pH를 결정하는 것이 필요 합니다

다음 그래프는 이 샘플의 pH​​따른 유리 염소 농도 (ppm)에서 700mV의 샘플의 등가물을 보여줍니다. 

 

 

유리 산화제가 유리 염소이므로 산화 환원 값은 유리 염소의 농도를 결정하는 데 사용됩니다

산화 환원 전위의 결정은 온도에 따라 다르기 때문에 전극에는 수행 할 온도 프로브가 있어야합니다 샘플의 산화 환원 전위 값에서 유리 염소의 추정 유리 염소 농도를 결정할 수 있지만 이 농도를 할당 할 수 있으려면 샘플의 pH를 결정하는 것이 필요합니다

다음 그래프는이 샘플의 pH​​따른 유리 염소 농도 (ppm)에서 700mV의 샘플의 등가물을 보여줍니다. 유리 산화제가 유리 염소이므로 산화 환원 값은 유리 염소의 농도를 결정하는 데 사용됩니다. 산화 환원 전위의 결정은 온도에 따라 다르기 때문에 전극에는 수행 할 온도 프로브가 있어야합니다 

샘플의 산화 환원 전위 값에서 유리 염소의 추정 유리 염소 농도를 결정할 수 있지만 이 농도를 할당 할 수 있으려면 샘플의 pH를 결정하는 것이 필요합니다

다음 그래프는이 샘플의 pH​​따른 유리 염소 농도 (ppm)에서 700mV의 샘플의 등가물을 보여줍니다

산화 환원 포텐셜의 측정은 온도에 의존하기 때문에 전위의 측정을 수행하기 위해 전극에 온도 프로브가 있어야합니다

샘플의 산화 환원 전위 값에서 염소의 추정 유리 염소 농도를 결정할 수 있습니다. 무료이지만, 이 농도를 지정할 수 있으려면 샘플의 pH를 결정하는 것이 필요합니다

다음 그래프는 이 샘플의 pH​​따른 유리 염소 농도 (ppm)에서 700mV의 샘플의 등가물을 보여줍니다


산화 환원 포텐셜의 측정은 온도에 의존하기 때문에 전위의 측정을 수행하기 위해 전극에 온도 프로브가 있어야합니다

샘플의 산화 환원 전위 값에서 염소의 추정 유리 염소 농도를 결정할 수 있습니다. 무료이지만, 이 농도를 지정할 수 있으려면 샘플의 pH를 결정하는 것이 필요합니다

다음 그래프는 이 샘플의 pH​​따른 유리 염소 농도 (ppm)에서 700mV의 샘플의 등가물을 보여줍니다

전위가 700mV 인 물은 pH7.4 인 시료에서 유리 염소 1ppm에 해당하는 농도를 갖지만 pH 7.0 인 시료에서는 등가 농도가 0.46ppm으로 떨어집니다

산화 환원 포텐셜과 온도를 측정하기 위해 시료의 pH를 결정하여 용도에 따라 유지되어야하는 유리 염소 농도에 장비를 위탁합니다

일반적으로 전위차 분석기의 전극은 산화 환원 전극을 같은 몸체에 통합 합니다

pH 및 온도 프로브를 사용하여 두 전위차계 측정에 동일한 기준 전극을 사용합니다.