Orbisphere 오존센서 원리

서론

오존은 살균, 표백, 식수의 탈취, 그리고 반도체와 제약 업계의 초순수의 생산에 쓰이고 있습니다. 공기에서 악취 공해 물질의 제거에도 또한 오존이 쓰이고 있습니다.

이러한 과정에서의 Control은 반응조와 유출 부위에서 오존 농도를 감시할 필요가 있는 것입니다.

이 장에서는 Clark원리를 이용하여 전기 화학 방식의 Cell을 오존 측정에 부합되도록 하는 방법에 대하여 설명하고자 합니다.

Orbisphere 오존 측정 Cell은 앞장의 Electrochemical 산소 Cell과 유사합니다.
Cell은 다음의 요소로 구성되어 있습니다.

-- 은으로된 양극

-- 음극 (99.999%의 금)과 Valve seal

-- 가드링 전극 (백금)

-- 전해액 (수용의 Potassium Bromide)

-- 멤브레인 (Teflon)

-- 플라스틱 제의 멤브레인 서포트

멤브레인을 통해 측정실로 들어가는 오존은 전해액에서 용해됩니다. 오존은 음극에서 반응을 일으켜 측정실에 들어오는 오존의 양에 비례하는 측정할 수 있는 전류를 발생시킨다. 측정실에 들어오는 오존의 양은 멤브레인 외부의 오존의 분압 즉 이산율(Fugacity)에 비례합니다.

측정실의 화학반응은 각 전극에서 일어나는 두개의 개별 반응이 있다. 순금(99.999%)의 음극에서의 전극 반응은 아래의 등식에 따른다.

O₃ + H₂O + 2e^- --> O₂ + 2OH^-

오존(O₃)은 강산화제이므로 음극에서는 산소센서에서 필요한 것보다 훨씬 덜 소모됩니다. 사실상 +0.25V ( Ag/AgBr 전극에 대해)가 오존 측정 시에 음극에 가해지며 산소는 반응을 일으키지 않는다.

회로를 통해 연속적으로 흐르도록 음극에서 필요한 2개의 전자는 양극측에 전자를 공급하여 주어 보충해야 합니다. Orbisphere사의 양극은 은으로 되어 있어 그 표면에서의 반응은 전하 분리 반응이다.

2 Ag --> 2 Ag⁺ + 2 e^-

양극은 용해되어 은이온과 전자를 방출한다.

전하의 흐름은 금속 부분을 통한 전자와 전해액을 통한 이온에 의해 형성된다. Potassium Bromide의 전해액은 Potassium과 Bromide 이온으로 수용액 내에서 분리된다. 이 염은 은이온과 반응하여 불용성의 고형물을 생성한다. 이것은 양극 부근의 은이온의 활동을 막아 음극에 확산되어 전기 도금되는 것을 방지하여 줍니다. 이렇게 하여 샘플 내의 부가 오존으로의 계측기가 측정하는 전류를 발생시킨다.

아울러, Bromide이온과 은이온이 반응하여 Silver Bromide 형태로 침전됩니다.