오존 발생기 농도 측정 방법과 기준

표준: GB 28232-2011 오존 발생기 안전 및 위생 표준 CJT3028.2-1994

오존 사용 중 오존 농도는 소독 살균의 효과와 관련되어 오존 발생기 소독의 중요한 지표이다.현재 많은 기업들이 자신의 감각에 따라 통제하고 있는데, 이것은 매우 비과학적이다.그러므로 여러분들은 오존발생기를 사용할 때 엄격히 국가표준에 따라 집행해야 한다.측정기로 오존의 농도를 측정해서 마음속에 속셈이 있도록 해야 한다.만약 자신이 오존의 소독농도기준을 모르면 전문적인 기구에 가서 자문하거나 스스로 실험을 하여 시험결과를 얻을수 있다.현재 유행하는 오존 농도 측정 방법은 물리 방법, 물리 화학법, 화학 측정법 세 가지로 나눌 수 있으니 참고하시기 바랍니다.

물리적방법: 물리적방법으로 오존을 분석하여 현재 상조이에서 류행되고있는 것은 자외선흡수법이다.254nm 파장의 자외선 특성에 오존을 흡수하는 특성을 이용해 빌-램버트(Beer-Lambert) 법칙에 따라 만든 분석기기로, 적합한 길이의 흡수지를 선택하면 0.002mg/m3~5%(vol) 농도의 오존을 검출할 수 있다.그 선형은 4~5개의 수량급 내에서 모두 좋다.이 법은 이미 우리 나라에서 환경공기중의 오존을 측정하는 표준방법 (GB1/T1154348) 으로 되였다.

자외선 흡수법은 가스 중 오존 농도뿐만 아니라 물에 녹아 있는 오존 농도도 측정할 수 있다.

자외선 흡수법의 기기는 미국, 국가, 스위스, 일본에 모두 제품이 있다.우리나라 베이징 분석기기 공장은 1985년에 미국 모니트 (MONITORLABS) 사의 ML-8810형 자외선 흡수식 오존 분석기를 도입하여 환경 검측에 사용하였으며, 1992년 이후 100ppm, 1000ppm으로 계속해서 양정을 확장하였다.베이징 초에너지 자동 제어 실험 기술 연구소는 1999년에 ZX-01 계열의 자외선 흡수식 오존 분석기를 개발하였는데, 그 측정 범위는 0~10ppm (환경 검측에 사용), 0~100ppm, 0~1000ppm, 0~10000ppm에서 0~25000ppm이다.
자외선 흡수법의 원리: 방사선이 어떤 기체나 액체에 흡수되는 것은 랑버-빌 (LambertBeer) 의 법칙에 의해 제어된다:
I=Ioe–klc
식중: Io - 입사 빔의 강도;
I-빔이 시료(기체 또는 액체)를 관통한 후의 강도;
l - 샘플을 통과하는 빛의 길이;
c-샘플 내 흡수물질의 농도;
k - 이 광선의 파장에 대한 흡수 물질의 비 흡수 계수.
이 검사는 알려진 파장에서 물질의 k 값에 대한 이해가 필요합니다.
오존 검출: 오존은 단파 자외선 (200~300nm) 하트레이 대역 자외선을 흡수하여 253.7nm에서 zui 대흡수를 가지고 있다 (그림 1).이 파장에서 흡수계 수치의 범위는 303.9에서 313.2cm-1·mol-1·L(273K와 760mmHg)로, 연구자들은 이 값이 302.4cm-1·mol-1·L임을 확인했다.
브라운-뤼버: 브라운-뤼버 분석기 (전 연방 독일 함부르크) 의 작동 원리는 그림 2와 같다.수은등의 복사는 집광경의 초점을 거쳐 평행광속을 형성하여 측정그릇을 통해 광선수신기에 비추고 일부 복사광선은 분광경에 의해 비교검측용의 다른 광선수신기에 굴절되며 빛의 강도는 한 가변광란으로 같은 수준으로 조절된다.두 개의 광선 수용기가 브리지 회로에 연결되어 있는데, 그릇이 흡수하는 빛은 브리지 회로의 불균형을 일으키고, 한 개의 서보 모터는 평형을 회복하기 위해 사용되며, 그 교정 동작 범위는 광흡수와 일치한다.이 기구에는 자동 영점 보상이 장착되어 있다.공기 중 오존을 측정할 때는 솔레노이드 밸브 하나를 통해 타성 가스를 측정기에 도입하고, 물 속 오존을 측정할 때는 표준 용액을 측정기에 주입한다.

물리화학방법: 인디고이황산나트륨 (약칭 IDS) 분광광도법
오존을 함유한 가스는 다공성 유리판이 있는 흡수관에서 난색의 IDS 용액을 통과하고, 생성된 용액은 분광광도계로 610nm에서 측정해 오존 농도를 산출해내는 원리다.이런 방법은 조작이 비교적 복잡하여 환경에서의 오존농도를 검측하거나 기준으로 물리방법계기 (저농도) 를 측정하는데 사용된다.
IDS법은 환경에서의 오존 농도(GB/T15437)를 측정하기 위한 국가 기준으로도 정해졌다.
화학 발광법
이 법은 과량의 에틸렌(또는 NO)을 이용해 오존과 화학발광을 일으키고, 광전 배증관으로 발광광의 강도를 받아 오존의 농도를 계산하는 것이다.이 법은 1970, 80 년대에 성행했으며 미국 ERP에 의해 환경 검사 표준 방법 중 하나로 분류되었습니다.지금은 이미 자외법으로 대체되었다.

수중 오존 검출 방법
수중 용존 오존 농도를 측정하는 것은 요오드 양법과 자외선 흡수법을 사용하는 것 외에 최근 몇 년 동안 보편적으로 오존에 침투할 수 있는 반투과막을 교체할 수 있는 프로브와 마이크로프로세서로 구성된'막 전극'이라고 불리는 전기화학 방법을 채택하고 있다.측정할 때 프로브의 민감한 부분을 오존수에 놓고 음양극사이에 고정극화전압을 가하면 용존된 오존이 반투과막을 통해 음극표면에 도달하여 환원되여 오존농도와 정비례하는 확산전류가 산생되며 확산전류의 크기는 다음과 같이 표시할수 있다.
I=KC
식중: I - 확산 전류 (A);K - 상수;C-O3 농도(mg/L)
외국에서는 각종 반투과막 재료, 전극 재료, 전해질 및 게다가 전압 전위에 대한 연구를 한 후, 일종의 전류의 안정된 전압의 막 전극을 만들어 선형과 재현성이 모두 좋다.막전극법은 방해에 강하고 민감도가 높으며 량정이 넓어 온라인분석과 제어에 사용할수 있다.막전극법을 이용해 수중의 오존 농도를 분석하는 추세다.미국의 ATI사, ROSEMOUNT사, 스위스의 ROS사는 모두 막전극벌오존분석기를 갖고있다.
오존 농도 단위
최근 몇 년 동안 우리 나라의 오존 산업은 신속하게 발전하여 제품의 종류가 매우 많으며, 일부 제품은 농도를 표현하는 단위의 사용이 혼란스러워 오해를 받기 쉽다.
기체 중 오존 농도 표시 방법
하나는 단위 부피에 함유된 오존의 질량수로 표시하는데, 상용하는 단위는 mg/L, mg/m3, μg/m3을 약칭하여 질량농도라고 하는데, 그것들의 관계는 1mg/L=103mg/m3=106μg/m3이다
우리나라의 각종 표준은 모두 품질 농도를 채택한다.
다른 하나는 ppm 또는 ppb를 농도 단위로 하는데 부피 농도라고 한다.ppm(partspermillion) 단위는 100만 가스 부피에 오존이 포함된 부피 수를 말하며, 미국, 일본 등에서는 부피 농도를 습관적으로 사용한다.1ppm=103ppb
그러나 ppb (partspermillion) 의 의미는 명확하지 않습니다.미국과 프랑스에서'빌리온'의 의미는 10억 (109), ppb는 10억 분의 1 (10-9),영국과 독일에서는'빌리온'이 조 (1012), ppb가 조 분의 1 (10-12) 을 의미한다.따라서 혼동하기 쉬운 표현이다.순수 화학 및 응용 화학 협회와 1971 년 7 월에는"채택 부적절한"결정을 내렸다.
우리나라에서 ppb는 일반적으로 10-9를 가리킨다.
또한 부피 농도를 나타내는 부피 백분율% (vol) 와 pphm도 있습니다. 그들의 관계식은
1% (볼륨) = 104ppm = 106pphm = 107ppb
두 단위는 다음 공식으로 대체할 수 있습니다.
X(ppm) = 40x/3xA(mg/m3)或A=3x/40x?X
식중: A-mg/m3로 표시된 오존 농도
X - ppm으로 표시된 오존 농도
M - 가스의 무어량 (오존은 48)
22.4 - NPT(표준상태, 273K, 101.3KPa, 즉 0℃, 760mmHg)의 가스몰 부피
예를 들어 대기 중의 오존 함량이 1ppm이면mg/m3로 표시한다.
A=40x/3x?X = 40x / 3x = 2.14 (mg / m3).
미국, 일본 및 검사 시스템 내 표준 상태는 298K (25 ℃) 와 101.3kPa (760mmHg) 의 가스 부피가 24.45L/mol인 경우를 말합니다.
1ppm = 1.963mg/m3입니다.
오존의 농도를 무게의 백분율로 나타내는 것도 있다.일반적으로% (wt) 로 표시하는데% (wt) 의 의미는 오존의 질량/오존가스가 함유된 질량×100% 이다.
표준 상태에서
1ppm=2.14mg/m3=1.66×10-4% (중량)
1%(wt)(공기 중) = 12.93g/m3 = 6042ppm
1%(wt)(산소중) = 14.3g/m3 = 6682ppm
공기 밀도는 1293g/m3, 산소 밀도는 1430g/m3이다.
기체 중 오존 농도 표시 방법
물에 오존이 용존한다는 단위는 mg/l, g/m3와 ppm(wt)이다
mg/L - 오존의 질량(mg) / 오존수를 함유한 용적(m3)
g/m3 - 오존의 질량(mg)/오존수가 함유된 용적(m3)
ppm - 오존의 질량 / 오존 함유 물의 질량 × 106
1mf/l=1g/m3=1ppm
오존 검사 중 주의해야 할 사항: 샘플링 파이프 재료는 유리, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 등 항산화 재료를 선택해야 한다;스테인리스강 재료도 샘플링관의 오존 손실을 줄이기 위해 최대한 적게 사용한다.샘플링 튜브는 가능한 한 짧아야 하며, 낮은 농도를 측정할 때는 일반적으로 2m를 넘지 말아야 한다. 샘플링 튜브에서 측정 기기에 이르기까지 공기가 새지 않아야 한다. 그렇지 않으면 측정치가 낮은 편이다.환경측정과 같은 낮은 농도의 오존을 검출할 때 새로운 폴리테트라플루오로에틸렌관도 오존화를 충분히 진행해야 한다. 즉 높은 농도의 오존을 함유한 기체를 통해 샘플링관 내벽을 안정시켜야 한다.일본 임원사는 20min 이상이 돼야 안정될 것으로 보고 있으며 미국 모닛사는 수시간을 요구하고 있다.샘플링관은 정시에 세척하고 드라이해야 한다.청결하지 않은 샘플링관은 측정값이 너무 낮아 많은 오존분석기를 정시에 측정하여 측정수치가 믿음직하도록 보장해야 한다.

화학 검사법: 요오드량법
요오드량법은 zui가 자주 사용하는 오존 측정 방법이다. 중국과 많은 국가들은 모두 이 법을 기체의 오존을 측정하는 표준 방법으로 삼고 있다. 중국 건설부가 발표한"오존 발생기 오존 농도, 생산량, 전기 소모의 측정"표준 CJ/T3028.2-94에서 요오드 사용법을 규정한다.강한 산화제인 오존(O3)과 요오드화칼륨(KI) 수용액이 반응해 유리 요오드(I2)를 생성하는 원리다.오존이 산소로 환원되다.반응식:
O3 + 2KI + H2O는→O2 + I2 + 2KOH
유리 요오드는 발색을 나타내는데, 물속의 농도에 따라 낮은 농도에서 높은 농도로 옅은 노란색에서 짙은 빨간색을 띤다.
황대황산나트륨 (NaS2O3) 표준액을 이용하여 적정하면 유리 요오드가 (NaI) 로 변하고 반응 종점은 * 퇴색지이다.반응식:
이2 + 2Na2S2O3→2NaI + NaS4O6는
두 반응식은 O3 반응량과 NaS2O3 소모량의 정량 관계를 1molO3: 2molNaS2O3로 설정하면 오존 농도 CO3 계산식은 다음과 같다.
CO3=40x3x1000/1000 (mg/L)
식중:
CO3 - 오존 농도,mg/L；
ANa - 황대황산나트륨 표준액 사용량,ml；
B-황대황산나트륨 표준액 농도,mol/L；
V0 - 오존화 가스 샘플링 부피,ml。
절차 및 방법은 표준 CJ/T3028.2-94를 참조합니다.
표준형 발생기의 농도를 측정하는 것이 편리하다.오존화 가스 부피는 유량계로 계수하며 NaS2O3 농도는 일반적으로 0.100mol/L로 조제되며 측정 정밀도는 ±1% 에 달한다.
공기 중의 오존 농도를 측정할 때, 가스 샘플러의 공기 흡입 정량에 응용한다.측정 정밀도를 보장하기 위해 NaS2O3는 0.10mol/L로 배합됩니다.
수용성 오존 농도를 측정하는 것도 이 공식으로 계산할 수 있는데, 다만 V0은 채수량을 나타내며 1000ml를 취한다. NaS2O3 농도는 0.10mol/L이다.
요오드량법의 장점은 발색이 직관적이다.귀중한 기구는 필요 없다.단점은 NO, CI2와 같은 산화제의 방해를 받기 쉬우므로 중요한 검사 시 다른 산화물질의 영향을 줄여야 한다.

비색법: 비색법은 오존과 서로 다른 화학 시약의 발색이나 탈색 반응 정도에 따라 오존 농도를 확정하는 방법이다.비색 수단에 따라 인공색 견본 비색과 광도계색으로 나뉜다.이 방법은 주로 수용해 오존 농도를 측정하는 데 쓰인다.
국내에서 검출된 병물 오존 용해 농도는 요오드화칼륨, 프탈레이트 등 비색액을 사용한 것이 있다.그 방식은 검측시료의 발색액관을 리용하여 비교하고 검측시료의 오존용해도값 (0.05~0.08mg/L) 을 확정하며 요구할 경우 분광광도계를 리용하여 검측한다.
국외에서는 이 방법을 리용하여 계기를 만들고 표준도구와 약품을 조제하여 현장표본검사로 사용하는데 아주 편리하다.례를 들면 미국 HACH회사, 일본 임원회사의 DPD (헥사메틸렌글리세린) 비색판은 범위가 0.05~2mg/L이다.미국 HACH사 마이크로 비색기, 인디고 염료 탈색 반응 이용.600nm 파장 비색에서 0.05~0.75nm/L 농도 숫자는 정밀도 ±0.01nm/L를 나타낸다.다른 산화제의 간섭을 적게 받다.검측관: 오존산화변화시약을 담체에 담그고 반응제로 표준 내경의 유리관 안에 봉하여 검측관을 만들고, 사용 시 검측관 양쪽을 절단하고, 흡기기를 검측관 출기단에 연결하여 정량의 오존가스를 흡입하며, 오존농도는 검측관 내 반응제 기둥의 변색 길이와 정비례하여 눈금치를 통해 농도값을 읽는다.
독일, 일본, 우리나라는 모두 오존 검출관을 생산하고 있으며 농도 범위는 높음(1000ppm), 중간(10ppm), 낮음(3ppm) 세 가지로 공기 오존 농도를 측정하는 데 사용되며 현장 적용에 적합하고 사용은 간편하지만 정밀도는 낮음(±15%)이다.