臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，具有很強(qiáng)的殺菌消毒、漂白、除味等特性，因此廣泛應(yīng)用于水消毒、食品加工殺菌凈化、食品貯藏保鮮、醫(yī)療衛(wèi)生和家庭消毒凈化等方面的產(chǎn)品。在臭氧發(fā)生器生產(chǎn)和應(yīng)用中，一定的臭氧濃度是保證消毒氧化效果、節(jié)約能源和防止污染的重要參數(shù)。
1. 臭氧發(fā)生器產(chǎn)量的標(biāo)定
發(fā)生器的臭氧產(chǎn)量是其最主要、最基本的技術(shù)指標(biāo)，而產(chǎn)量又是通過測定臭氧濃度后計(jì)算得出的。嚴(yán)格說，沒有測定臭氧濃度的可靠手段就不可能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，目前市場臭氧發(fā)生器產(chǎn)量虛報(bào)假冒主要表現(xiàn)為沒有臭氧濃度指標(biāo)或不真實(shí)。
2. 臭氧濃度保證消毒效果
只有保證和其它消毒殺菌劑一樣，只有達(dá)到足夠的劑量，作用一定時(shí)間才能達(dá)到消殺效果。例如當(dāng)臭氧濃度為 0.08~0.6ppm 時(shí)，對空氣中細(xì)菌繁殖體中的大腸桿菌作用 30min ，其平均殺滅率達(dá) 84.60~99.9% ，而空氣中臭氧濃度為 0.34~0.85ppm 時(shí)，作用 10~30min ，其殺滅率可達(dá) 99.47~99.97% 。又如臭氧對空氣消毒時(shí)，當(dāng)濃度為 0.21mg/L 時(shí)，作用 10min 對金黃色葡萄球菌殺滅率達(dá) 90.81% ，如提高濃度為 0.72mg/L 時(shí)，作用時(shí)間仍為 10min ，殺滅率可達(dá) 99.99% 。
一般講臭氧的濃度愈高其殺菌效果愈好。
3. 環(huán)境臭氧濃度不能過高
臭氧除了對人類有益的一面外，同時(shí)它又是一種對環(huán)境污染的物質(zhì)，我國環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)( GB3095-1996 )中規(guī)定臭氧的濃度限值( 1 小時(shí)平均)一級標(biāo)準(zhǔn)為 0.12mg/m 3 ;二級標(biāo)準(zhǔn)為 0.16mg/m 3 ;三級標(biāo)準(zhǔn)為 0.20mg/m 3 。臭氧的工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)大多數(shù)國家最高限值為 0.1ppm ( 0.20mg/m 3 )。因此利用臭氧消毒殺菌濃度不應(yīng)過高，臭氧發(fā)生器的產(chǎn)量不是越高越好。例如：一般家庭用室內(nèi)殺菌的臭氧發(fā)生器產(chǎn)量應(yīng)在 200mg/h 左右，最高不要超過 400mg/h 。這樣，在臭氧殺菌工作 30~60min 后，室內(nèi)殘余濃度低于果品家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。需要注意的是，一些過敏體質(zhì)的人，長時(shí)間暴露在臭氧含量超過 0.18mg/m 3 的環(huán)境下，回出現(xiàn)皮膚刺癢，呼吸不暢，咳嗽及鼻炎等癥狀。濃度再高，會給人體造成更大的傷害。
4. 臭氧應(yīng)用工程與設(shè)備需要監(jiān)測臭氧濃度
臭氧發(fā)生器發(fā)生臭氧能力在很大程度上受氣源的濕度、冷卻水溫度、放電面的老化等影響，所以要經(jīng)常對臭氧濃度進(jìn)行檢測。對大型臭氧設(shè)備，最好在流程中裝有高濃度臭氧(氣體)檢測儀，并有檢測混合后水的溶存臭氧檢測儀，還有檢測排放的尾氣中所含臭氧濃度的檢測儀。以便控制整個(gè)系統(tǒng)處在最佳工作狀態(tài)。
臭氧濃度檢測方法大致可分為“化學(xué)分析法”、“物理分析法”、“物理化學(xué)分析法”三類。
1.化學(xué)檢測法
1.1 碘量法
碘量法是最常用的臭氧測定方法，我國和許多國家均把此法作為測定氣體臭氧的標(biāo)準(zhǔn)方法，我國建設(shè)部發(fā)布的《臭氧發(fā)生器臭氧濃度、產(chǎn)量、電耗的測量》標(biāo)準(zhǔn) CJ/T 3028.2 — 94 中即規(guī)定使用碘量法。其原理為強(qiáng)氧化劑臭氧( O 3 )與碘化鉀( KI )水溶液反應(yīng)生成游離碘( I 2 )。臭氧還原為氧氣。反應(yīng)式為：
O 3 + 2KI + H 2 O → O 2 + I 2 + 2KOH
游離碘顯色，依在水中濃度由低至高呈淺黃至深紅色。
利用硫代硫酸鈉( NaS 2 O 3 )標(biāo)準(zhǔn)液滴定，游離碘變?yōu)榈饣c( NaI )，反應(yīng)終點(diǎn)為完全褪色止。反應(yīng)式為：
I 2 + 2Na 2 S 2 O 3 → 2NaI + NaS 4 O 6
兩反應(yīng)式建立起 O 3 反應(yīng)量與 NaS 2 O 3 消耗量的定量關(guān)系為 1molO 3 ： 2mol NaS 2 O 3 ，則臭氧濃度 C O3 計(jì)算式為：
C O3 =40x3x1000/1000 ( mg/L )
式中：
C O3 ——臭氧濃度， mg/L ;
A Na ——硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)液用量， ml ;
B ——硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)液濃度， mol/L ;
V 0 ——臭氧化氣體取樣體積， ml 。
操作程序及方法參照標(biāo)準(zhǔn) CJ/T3028.2 — 94 。
測定標(biāo)準(zhǔn)型發(fā)生器濃度很方便。臭氧化氣體積用流量計(jì)計(jì)數(shù)， NaS 2 O 3 濃度一般配制為 0.100mol/L ，測定精度可達(dá)± 1% 。
測定空氣中臭氧濃度時(shí)，應(yīng)用在氣采樣器抽氣定量。為保證測定精度， NaS 2 O 3 配為 0.10mol/L 。
測定水溶臭氧濃度亦可用此公式計(jì)算，只是 V 0 代表采水量，取 1000ml 。 NaS 2 O 3 濃度為 0.10mol/L 。
碘量法優(yōu)點(diǎn)為顯色直觀。不需要貴重儀器。缺點(diǎn)是易受其氧化劑如 NO 、 CI 2 等物質(zhì)的干擾，在重要檢測時(shí)應(yīng)減除其它氧化物質(zhì)的影響。
1.2 比色法
比色法是根據(jù)臭氧與不同化學(xué)試劑的顯色或脫色反應(yīng)程度來確定臭氧濃度的方法。按比色手段分為人工色樣比色與光度計(jì)色 . 此法多用于檢測水溶解臭氧濃度 .
國內(nèi)檢測瓶裝水臭氧溶解濃度有使用碘化鉀、鄰聯(lián)甲胺等比色液的。其方式是利用檢測樣品顯色液管相比較，確定測樣臭氧溶解度值( 0.05~0.08mg/L ) , 要求精確的，則利用分光光度計(jì)檢測。
國外利用此法做成儀器，配制標(biāo)準(zhǔn)工具與藥品作為現(xiàn)場抽檢使用，很方便。如美國 HACH 公司、日本荏原公司的 DPD (二己基對苯二胺)比色盤，范圍為 0.05~2mg/L 。美國 HACH 公司微型比色儀，利用靛藍(lán)染料脫色反應(yīng)。在 600nm 波長比色， 0.05~0.75nm/L 濃度數(shù)字顯示，精度± 0.01nm/L 。受其它氧化劑干擾少。
1.3 檢測管
將臭氧氧化可變化試劑浸漬在載體上，作為反應(yīng)劑封裝在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑的玻璃管內(nèi)做成測管，使用時(shí)將檢測管兩端切斷，把抽氣器接到檢測管出氣端吸取定量臭氧氣體，臭氧濃度與檢測管內(nèi)反應(yīng)劑柱變色長度成正比，通過刻度值讀取濃度值。
德國、日本和我國都生產(chǎn)臭氧檢測管，濃度范圍分為高( 1000ppm )、中( 10ppm )、低( 3ppm )三種，用于檢測空氣臭氧濃度，適于現(xiàn)場應(yīng)用，使用簡便，但精度低(為± 15% )。
2.物理方法
物理方法分析臭氧現(xiàn)在在國際上最流行的是紫外線吸收法。它是利用臭氧對 254nm 波長的紫外線特征吸收的特性，依據(jù)比爾—郎伯( Beer-Lambert )定律制造出的分析儀器，只要選擇合適長度的吸收池，就可以檢測 0.002mg/m3~5% ( vol )濃度的臭氧。其線形在 4~5 個(gè)數(shù)量級內(nèi)都很好。該法已被我國作為環(huán)境空氣中測定臭氧的標(biāo)準(zhǔn)方法( GB1/T1154348 )。
紫外線吸收法不但可以適用于檢測氣體中臭氧濃度，也可以檢測水中溶存的臭氧濃度。
紫外線吸收法的儀器在美國、的國、瑞士、日本都有產(chǎn)品。我國北京分析儀器廠于 1985 年引進(jìn)了美國莫尼特( MONITOR LABS )公司的 ML-8810 型紫外吸收式臭氧分析器，用于環(huán)境檢測， 1992 年以后又陸續(xù)擴(kuò)展量程到 100ppm 、 1000ppm 。北京超能自控實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究所在 1999 年開發(fā)了 ZX-01 系列紫外線吸收式臭氧分析器，其測量范圍從 0~10ppm (用于環(huán)境檢測)、 0~100ppm 、 0~1000ppm 、 0~10000ppm 到 0~25000ppm 。
2.1 紫外線吸收法原理
輻射被某種氣體或液體吸收是受朗伯 - 比爾( Lambert Beer )定律控制的：
I = I o e – klc
式中 I o —— 入射光束的強(qiáng)度;
I—— 光束穿透樣品(氣體或液體)后的強(qiáng)度;
l—— 通過樣品光程的長度;
c—— 樣品內(nèi)吸收物質(zhì)的濃度;
k—— 吸收物質(zhì)對該光線波長的比吸收系數(shù)。
此種檢測需要對物質(zhì)在已知波長下 k 值的精確了解。
2.2 臭氧檢測
臭氧吸收短波紫外區(qū)( 200~300nm )哈特雷波段紫外光，在 253.7nm 處具有最大吸收(圖1 )。在此波長，吸收系數(shù)值的范圍從 303.9 到 313.2cm -1 · mol -1 · L ( 273K 和 760mmHg )，研究者證實(shí)了該值為 302.4cm -1 · mol -1 · L 。
