1. 背景

臭氧（O₃）是地球大氣中一種微量氣體，是氧氣的同素異形體。在常溫下，它是一種有草鮮味的淡藍色氣體，是由大氣中氧分子受太陽輻射分解成氧原子后，氧原子又與周圍的氧分子結合而形成的。地球90%的臭氧分布在距離地球表面15～25km的大氣中，形成臭氧層有效阻擋太陽紫外線輻射, 少量的臭氧分布在人類生活的地表區域。

圖1.臭氧層（圖片來源于網絡）

臭氧化學性質非常活潑，它在游離時能夠產生強大的氧化作用。早在19世紀，人們就認識到了臭氧對木材、稻草、淀粉、植物色素、天然橡膠、脂肪、動植物油與酒精等物質都有強氧化作用。

1868年，德·格貝斯（de·Gebeth）獲得了臭氧應用技術的the first patent，用臭氧將煤焦油混合物氧化為涂料、油漆類產品。1873年，歐洲將臭氧在食糖精制和亞麻漂白方面投入使用。二戰以后，上臭氧應用技術獲到了長足發展。1902年，德國帕德博恩建立了first用臭氧處理水質的大規模水廠，開創了臭氧水處理的先河，現在世界上已有數千座臭氧水廠。歐美、日本、加拿大等國家的自來水廠應用臭氧已達到普及程度。礦泉水、純凈水廠家幾乎都裝備了臭氧設備。美國七十年代初開始利用臭氧處理生活污水，主要是為了殺菌消毒、去除污染物、脫色等達到排放標準。日本則在缺水地區，將污水用臭氧處理后，作為中水使用。美、日、德、法等國家近年來都建立了大規模的臭氧污水處理廠。一百多年來臭氧應用已深入到多個領域，對人類的生產技術發展做出了重大貢獻。

工業應用臭氧非常普遍，主要用于化工、石油、造紙、紡織和制藥、香料工業。近些年受人類活動影響其數值在逐漸升高，威脅著人類的生存,因此準確掌握環境和工業生產臭氧濃度數值至關重要。人們對大氣和工業臭氧濃度的分析設備的準確度要求越來越高。

2. 臭氧分析儀的典型應用

2.1. 臭氧老化試驗箱控制 

臭氧老化試驗箱是一種模擬和強化大氣中臭氧條件的試驗裝置。臭氧老化試驗箱產生臭氧的方法主要有高壓放電法、紫外線照射法、電解法。高壓放電式臭氧發生器因具有技術成熟、工作穩定、壽命長的優點，為國內外相關行業使用廣泛的臭氧發生器。

該類型臭氧箱的工作原理為高壓放電產生的臭氧氣體和一定量的已處理的空氣，在交換器中混合后送入試驗箱體，加之加熱加濕系統的運行，滿足了所有的試驗條件。臭氧老化試驗箱適用于測試硫化橡膠制品、有機材料、非金屬材料的耐臭氧老化性能和老化龜裂拉伸試驗。為了使控制系統根據設定值有效地控制臭氧的發生，臭氧分析儀將連續在線檢測到的臭氧濃度反饋到臭氧發生器控制系統，從而使試驗箱保持設定的臭氧濃度。

圖2.臭氧老化試驗箱（圖片來源于網絡）

2.2. 臭氧燈產出效率檢驗

臭氧燈目前主要用于空氣消毒殺菌和物體表面消毒，它象直管形熒光燈一樣，可制成燈具，有懸掛式、掛璧式、吸頂式和嵌入式。也可裝置在密封和半密封的器具中作空氣消毒殺菌器，如消毒櫥柜用于衣物、碗筷消毒，口腔體溫表消毒器用于醫院病房護士對病人測溫后消毒，電冰箱內除臭、理發用具消毒及足療等領域。 醫院的手術室、治療室、輸液室、燒傷病房等需用高臭氧濃度殺菌來創造無菌室，防止交叉感染等， 這是目前應用多的領域。 水和飲料消毒也是臭氧燈的領域，自來水現用含氯的消毒法易致癌，使用臭氧消毒效果好，無殘留物和副作用，而且，臭氧有半衰期，在消毒后殘余繼續留在水和飲料中長期使飲料達到無菌。啤酒廠、 飲料廠、礦泉水廠等如采用臭氧消毒，其保質期將延長。

臭氧產生率是臭氧燈的主要參數，它是指在標準大氣壓下25℃時臭氧燈在靜止空氣中每千瓦小時能產生的臭氧的數量，單位是kg/kW/hr。臭氧燈的產生率通常在0.1 - 0.2 kg/kW/hr。臭氧產生率是這樣來測定的：在密閉容器內置待測臭氧燈，容器內插入臭氧測試儀采樣管線，接通臭氧燈和測試儀電源，同時按下計時表，記錄不同時間的臭氧量，就可獲得臭氧量隨時間變化的數據并畫出曲線。臭氧分析儀在線分析采樣管線經采樣泵抽出的樣品氣體，測量范圍一般是較高濃度0 - 100ppm。

圖3.臭氧燈（圖片來源于網絡）

2.3大氣環境臭氧分析

相比美國、歐洲等發達國家和地區,我國城市大氣中的臭氧以及可吸入顆粒物濃度遠高于國外經濟發達地區,污染程度嚴重,對人體健康、生態環境和氣候變化都有很大影響一。大氣污染物可分為一次污染物和二次污染物。一次污染物是指由污染源直接排放的未經化學反應的污染物,而二次污染物則是一次污染物經過一系列化學反應生成的如臭氧、硫酸鹽、硝酸鹽和二次有機氣溶膠等。大氣中臭氧和二次氣溶膠等二次污染物的形成與多種因素有關,包括其前體物濃度以及氣象條件等。隨著城市規模的不斷擴大，機動車保有量迅速攀升，臭氧的前體物(氮氧化物) 的排放量加大，臭氧污染日益加劇。臭氧是城市大氣的重要污染物，主要由揮發性有機物(volatile organic compounds，VOCs) 和氮氧化物( NOx ) 經光化學反應生成。 測定大氣中的臭氧濃度，對于構建空氣質量模型和空氣質量指標有非常重要的意義。空氣中的臭氧濃度范圍一般是0 - 500ppb，這對臭氧分析儀的精度有很高的要求。目前的高精度臭氧分析儀，主要以進口品牌為主。

圖4.大氣中的臭氧（圖片來源于網絡）

3. 海爾欣HPE臭氧分析儀介紹

紫外線吸收法是現在在上流行的物理方法分析臭氧的方法。它是利用臭氧對254nm波長的紫外線特征吸收的特性，依據比爾-郎伯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至5%(vol)濃度的臭氧。其線形在4~5個數量級內都很好，該法已被我國作為環境空氣中測定臭氧的標準方法(GB1/T1154348)。紫外線吸收法不但適用于檢測氣體中臭氧濃度，也可以檢測水中溶解的臭氧濃度。

海爾欣推出的臭氧分析儀HPE-1900，由紫外燈，光波過濾器，臭氧吸收池，參考光電傳感器，信號光電傳感器，輸出顯示，電路部件等構成。穩定的紫外燈光源產生紫外線，當氣體樣品以恒定的流速進入儀器的氣路系統，用光波過濾器過濾掉其它波長紫外光（臭氧對253.7nm 波長的紫外光有特征吸收），只允許波長253.7nm通過。經過樣品光電傳感器，樣品空氣交替地或直接進入吸收池或經過臭氧滌去器再進入吸收池，到達采樣光電傳感器，通過吸收池時被光傳感器檢測的光強度為I0，臭氧樣品通過吸收池時被光檢測器檢測的光強度為I，I/I0 為透光率。每經過一個循環周期樣品光電傳感器和采樣光電傳感器電信號比較，儀器的微處理系統根據朗伯—比耳定律計算，可得出臭氧濃度。

圖5.海爾欣臭氧分析儀HPE-1900

海爾欣的HPE-1900系列臭氧分析儀，輕便易攜，用途廣泛，穩定性好。既可以實現0 - 300ppm量程的高濃度工業過程分析，又可以實現0 - 500ppb量程的低濃度大氣環境分析。精度和準確度經由中國臺灣工研院驗證，可提供NIST溯源校準報告（如下圖例）。我們期待與您的合作！

圖6.NIST溯源校準報告