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ORP 센서와 전류 측정 센서 비교
산화 감소 잠재력
총 잔류 산화제(TRO) 측정에는 산화 환원 전위(ORP) 센서 또는 전류 측정 센서의 두 가지 방법이 있습니다. 지금까지 선박평형수 어플리케이션에서 실용적인 전류 측정 센서는 없었습니다. 이 백서에서는 두 가지 방법의 상대적인 장점과 한계를 살펴봅니다.
ORP 측정은 물 모니터링에 사용할 수 있는 가장 저렴한 방법입니다. 그것은 주로 수영장 산업뿐만 아니라 시안화물 파괴 (도금 및 광산 산업)와 같은 일부 틈새 응용 프로그램에서 사용됩니다. 그것은 자주 질적 지표로 사용됩니다. 상업용 수영장에서염소 수유 장비를 제어하는 데 사용되는 경우 대부분의 작업자는 종종 매일 염소 수준을 수동으로 측정합니다. 높은 수준의 유기 분자의 존재는 며칠 내에 센서를 파울할 수 있으며 청소가 필요합니다.
"할로겐 시스템은 오염을 나타내는 지표로 멀티파라미터 센서에 ORP 측정을 포함시켰습니다... HSI의 측정 기술과 자가 세척 기술은 오염 문제를 제거하여 보다 신뢰할 수 있는 판독값을 제공합니다."
할로겐 시스템은 오염 지표로 멀티파라미터 센서에 ORP 신속 반응 측정 기능을 포함시켰습니다. 센서의 염소 측정은 0.05~15ppm의 염소를 감지할 수 있지만, 오염과 잔류 염소가 최근에 고갈된 물의 차이를 감지할 수는 없습니다. ORP는 기준 ORP 수준 아래로 떨어짐을 표시하여 오염 이벤트 또는 교차 연결을 식별함으로써 잠재적으로 이 차이를 메울 수 있습니다. 또한 HSI의 측정 기술과 자가 세척 시스템은 중독 문제를 제거하여 보다 신뢰할 수 있는 수치를 제공합니다. HSI의 ORP 측정은 다른 센서와 약간의 오프셋이 있을 수 있지만, 많은 ORP 문제를 극복하는 신뢰할 수 있는 정성적 측정을 제공합니다.
ORP의 측정
전압계가 전위(전압)의 차이를 측정하는 것처럼 ORP 센서는 ORP 전극과 기준 전극으로 구성됩니다. ORP 측정의 원리는 낮은 저항으로 인해 산화제(이 경우 염소)에 전자를 포기하거나 환원제(탈염소 공정의 이산화황)에서 전자를 받아들이는 불활성 금속 전극(백금, 때로는 금)을 사용하는 것입니다. ORP 전극은 용액의 ORP와 동일한 축적 전하로 인해 전위가 발생할 때까지 전자를 계속 받아들이거나 포기합니다. ORP 측정의 일반적인 정확도는 ±5mV입니다. 동일한 제조업체의 다른 프로브는 동일한 물 샘플에서 20~50mV 차이가 나는 경우가 많기 때문에 더욱 복잡해집니다. 참고: 제조업체는 높은 수준의 산화 환원 결합을 포함하는 조벨 용액에서 센서를 테스트합니다. 이 용액에서 센서는 서로 매우 가깝게 판독됩니다. 실제 식수 샘플에서는 그렇지 않습니다.
정의에 의한 ORP
ORP는 산화-환원 전위의 약자로, 화학 물질이 다른 화학 물질을 산화 또는 환원하는 경향을 밀리볼트 단위로 측정한 값입니다. 산화는 원자, 분자 또는 이온에 의해 전자가 손실되는 것을 말합니다. 반응에서 원자가 잃은 전자는 용액에 존재할 수 없으며 용액 속의 다른 물질에 의해 받아들여져야 합니다. 따라서 산화를 포함하는 완전한 반응에는 환원될 다른 물질이 포함되어야 합니다.
쉽게 중독되는 ORP 전극
그림 2(아래)는 브롬을 소독제로 사용한 300갤런 스파에서 실험한 결과를 보여줍니다. ORP 센서는 모니터로 설치되었습니다(제어하지 않음). 살균제 레벨을 제어하기 위해 전류 측정 센서가 있는 브롬 발생기도 설치했습니다. 그런 다음 인공 땀을 스파에 추가했습니다. 빨간색 선은 테스트 내내 전류 측정 시스템이 측정한 브롬 농도입니다. 파란색 선의 피크는 수요를 충족하기 위해 브롬 발생기에 전원이 공급된 시간을 나타냅니다. 합성 땀(White, 1992)은 테스트 내내 지속되는 상당한 수요를 생성하여 브롬 발생기를 한 번에 약 2시간 동안 작동시켜야 했습니다. 약 12시간 후 녹색 선으로 표시된 ORP 센서가 음수 값을 기록했습니다. 가장 유력한 원인은 전극의 중독이었습니다. 이 상태는 29시간 동안 회복되지 않았습니다. 소독제를 제어하고 있었다면 스파의 염소화 또는 브롬화가 과도하게 발생했을 것입니다.
기준선(무염소) 수준은 물에 따라 다릅니다.
그림 3의 그래프에서 볼 수 있듯이, 5개의 서로 다른 물 샘플은 서로 다른 ORP 기준선을 가지고 있어 동일한 염소 농도에 대해 더 높은 ORP를 나타냅니다. 결과는 거의 200mV까지 차이가 납니다. WHO에 따르면, "기준 ORP(염소 제로)가 다양하기 때문에 물(염소 농도 1ppm~15ppm)에 따라 720mV 사이의 큰 차이가 있습니다."(세계 보건 기구, 2006) 전류 측정 센서를 사용하면 0 전류는 항상 염소 제로이므로 제로 보정이 필요하지 않습니다. 이 비교는 수돗물을 대상으로 했다는 점에 유의해야 합니다. 해수 ORP의 기준 ORP는 -275 ~ 350mV 범위로 기준 문제를 크게 악화시킬 수 있습니다. (Cohrs, 2004) 염소에 비해 브롬의 산화 전위가 낮다는 것은 ORP가 염소만큼 농도에 민감하지 않다는 것을 의미합니다. 이는 또한 ORP 센서의 전위가 기준 수준(브롬 농도 0)에 더 가까워진다는 것을 의미합니다.
ORP를 통한 농도 측정
염소 농도 측정에 ORP를 사용하는 제한사항은 다음과 같습니다.
- 잠재적 인 측정에 ORP의 관계를 제어하는 Nernst 방정식에 따르면, 농도의이 logarithm을 곱하는 계수는 -59.16 mV와 동일하며 반 반응 (n)에서 전자의 수로 나뉩니다. 이 경우 n = 2; 따라서 계수는 -29.58입니다. Cl-, HOCl, H+의 농도가 10배 변경되면 ORP ±29.58mV만 변경됩니다. (에머슨 공정 액체 사업부, 2008)
- ORP는 염화물 이온 (Cl-) 및 pH (H+)에 따라 달라집니다 그것은 하이포 클로산 (물에 염소)를 수행하는 만큼. 염화물 농도 또는 pH의 변화는 ORP에 영향을 미칩니다. 따라서 염소를 정확하게 측정하려면 염화물 이온 및 pH를 높은 정확도로 측정하거나 일정한 값으로 신중하게 제어해야 합니다.
- 측정된 밀리볼트로부터 저혈당 농도를 계산하기 위해 측정된 밀리볼트는 10의 지수로 나타납니다. ORP 측정의 일반적인 정확도는 ±5mV입니다. 이 오류만으로도 계산된 hypochlorous acid 농도가 ±30% 이상 감소하게 됩니다. 참조 전극 또는 ORP 분석기의 드리프트는 이 오류에만 추가됩니다.
- 온도가 있는 ORP의 모든 변화는 보상되지 않으며, 파생 농도의 오차를 더욱 증가시다.
- 사실상 모든 ORP 반 반응은 하나 이상의 물질을 포함하고, 대다수는 pH 의존성을 가지고 있습니다. 농도에 대한 ORP의 로그자리트 의존성은 측정된 밀리볼트의 오류를 곱합니다.
- ORP 전극은 쉽게 독극되어 제거및 세척하지 않는 한 한 번에 몇 시간 동안 쓸모없게 됩니다.
- 해수 전기 염소 처리에 ORP를 사용하면 대부분의 고유한 문제가 확대될 뿐입니다.
- ORP를 가진 제로 교정은 기준선을 변경하는 다른 물 또는 오염 물질이 있기 때문에 어렵습니다. 바닷물에서 기준선은 -275에서 350 mV까지 다양할 수 있습니다.
결론: 앞서 살펴본 바와 같이 ORP는 농도 측정에 적용하기에 좋은 기술이 아닙니다.
전류 측정
전류계 센서에서는 두 전극 사이에 고정 전압이 인가되고 작동 전극(음극)에서 염소가 염소(HOCl)에서 다시 염화물(Cl-)로 환원되는 반응이 일어납니다. 그림 4(아래)
이는 양극에서 염소가 생성되는 염소 발생기에서 일어나는 것과 반대입니다. 전류계 센서에서 이러한 감소의 결과로 흐르는 전류는 센서에 제시된 염소에 비례합니다. 위 그림은 "세 개의 전극" 구성을 보여줍니다. 대부분의 멤브레인 염소 센서는 "2전극" 방식을 사용합니다. 일반적으로 2전극 방식은 판독값이 안정적이지 않고 전극이 3전극 방식만큼 오래 지속되지 않습니다.
염소가 물에 첨가되면 가수분해되어 형성됩니다: 일반적으로 암페로메트릭 멤브레인 센서에 의해 측정되는 고압산(HOCl)이다.
로그 신호와 선형 신호 관계
그림 5에서 볼 수 있듯이 전류계 시스템에서 염소(또는 브롬)와의 관계는 선형 관계인 반면, ORP에 대한 관계는 로그
관계입니다. 브롬이 산화제인 경우 해당 범위의 분해능이 매우 낮기 때문에 2~4ppm에서 브롬을 제어하려고 시도해도 매우 엄격한 제어가 이루어지지 않습니다.
요약
염소 농도 측정에 ORP를 사용할 때의 한계는 다음과 같습니다:
- 암페로메트릭 시스템에서 염소(또는 브롬)와의 관계는 ORP에 대한 선형 대 로개반스믹입니다. ORP는 정확하지 않고, 더 큰 훈련, 모니터링이 필요하며, 구성 요소 나 탱크의 과도한 부식을 초래할 수 있으며 종종 목적이나 사용을 처음부터 물리 칠 수 있습니다.
- Amperometric 시스템은 실제로 브롬을 측정 (TRO) 하지 다른 매개 변수 (redox), 따라서 더 정확 할 것이다.
- 염소 제로는 항상 0이므로 amperometric 시스템에서는 제로 보정이 필요하지 않습니다.
- AMPerometric 시스템의 전극은 ORP 전극이 있기 때문에 유기체에 의해 쉽게 중독되지 않습니다.
- ORP는 좋은 정성적 지표이면서 동시에 좋지 않은 정량적 방법입니다.
ORP 결론
ORP의 단점은 모두 일상적인 장비 유지보수, 교정, 전극 중독, 여러 산화 환원 결합의 존재, 분석물 농도와 대수적으로 관련된 매우 작은 교환 전류와 관련되어 있습니다. 즉, 가역적인 화학 평형, 빠른 전극 역학 및 간섭 반응의 부재라는 가정은 ORP 전위를 화학적으로 해석하는 데 필수적입니다. 안타깝게도 이러한 조건이 실제 시스템에서 충족되는 경우는 거의 없습니다(Kissinger, 1996). ORP는 정성적 분석에 사용할 수 있습니다.
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