氧含量测量方法：燃料电池法

2.3 碱式燃料电池化学反应过程
  当样气中的氧分子从底部通过扩散的方式进入电池后，在阴极获取电子，与电解液中的水一起生成氢氧根离子，发生如下化学反应∶
  （阴极）O2 +2H2O＋4e-→4OH-
  当氧在阴极消耗的同时，阳极铅则与氢氧根离子发生反应不断地被氧化，发生如下化学反应 ∶
（阳极）Pb ＋4OH-→PbO+2H2O＋4e-
因此总反应可以理解为∶ 2Pb ＋O2 →2PbO。
2.4 酸式燃料电池的特点
  酸式燃料电池种类也很繁多，其结构形式与碱性燃料电池基本相同，也是由电解质、阴极与阳极组成，例如美国 TELEDYNE 公司生产的 A-2C 型燃料电池式传感器，其结构组成与图 1相同，但其阴极使用镀金材料，电解质使用 5% (体积分数，下同）的醋酸和5% 的醋酸钾混合溶液，而阳极仍使用金属铅，化学化应过程与碱式燃料电池一致。
3 燃料电池式微量氧气体分析仪的应用
  燃料电池式氧气体分析仪的使用较为广泛，既可用于测量微量氧，也可用于测量常量氧(区别在于渗透膜的厚度）。但在测量常量氧时其测量精度和长期使用的稳定性均不如磁式微量氧气体分析仪，只适用于要求不高的场所。但在测量微量氧时，燃料电池式微量氧气体分析仪则具有较大优势，测量下限可达 0.1 ×10-6，而磁式氧分析仪的测量下限一般为 0.1%。因此燃料电池式微量氧气体分析仪一般应用于专业的高纯气体生产以及对氧含量需精准控制的电子生产厂家等。
  （1）碱式燃料电池式氧分析仪不可用于测量含有酸性气体例如∶ 二氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氨氧化物、氰化氢、氯化氢）以及会与阴、阳极物质发生反应的气体。例如采用银材质作为阴极，铅材质作为阳极，就应避免样气中含有卤素、氯和过氧化合物等，这些物质会破坏电池原有的结构和组成成分。
  （2）酸式燃料电池可用于测量含有二氧化碳的气体，但不可用于测量含有碱性气体的样气，以及会与阴、阳极物质发生反应的气体。
  （3）燃料电池的放电电流与温度呈正指数关系，当温度升高时，电流将显著增大，只有在恒温条件下或进行温度补偿方能确保测量的精确性。而由于燃料电池一般都在环境温度下工作，因此绝大部分燃料电池均采用温度补偿方式来修正测量数据。当工作温度低于零度时，为防止电解液冻结而使导电性能降低，必须进行加热或保温处理。
（4）相比裸露式燃料电池，隔膜式具有测量量程范围更宽、抗污染能力更强、对样气流量变化不敏感等特点，得到更为广泛的应用。但隔膜式燃料电池在使用过程中应避免发生样气超压或压力突变的现象，这些都将可能造成渗透膜破裂。而渗透膜一旦破裂，电解液就会渗出，传感器立即失效。
（5）燃料电池的测量信号与样气中的氧分压成正比关系，测量信号不但与样气中的氧浓度有关系，还与样气的压力成正比。因此必须使燃料电池尽可能处于稳压状态，读数才能够准确。如果大量氧分子进入了燃料电池内部，只有氧化反应完成后方能重新响应到样气中的氧分子含量，故此燃料电池具有氧读数上升速度较快但下降速度慢的特点。此时可适当增大样气流量，加大燃料电池内样气的置换速率，使传感器能更快地响应到样气中氧含量的读数。
  （6）燃料电池式传感器属于原电池传感器，无需外部供电，其电化学反应可自发进行。因此，当样气中含有氧时，燃料电池就会存在消耗。氧含量越大，消耗越大，当超过仪器的最大设计量程时，需停止分析仪工作。此时应将燃料电池封闭或通入微量氧含量较低的气体将传感器保护起来，以防空气中的氧渗透到传感器，造成不必要的消耗。
（7）燃料电池的测量必须伴有电化学反应才能进行，因此燃料电池属消耗型传感器，具有一定的使用寿命。其使用寿命的长短与被测气体中的氧含量有很大的关系。即使是短期通入了高氧含量的气体或是会与阴、阳极材料发生反应的气体，都有可能会大大缩短使用寿命或直接使其失效。因此一般生产厂家都会在燃料电池内填充足够量的阳极材料，以便获得一个较大的电化学反应容量。但在实际应用过程中，当燃料电池使用寿命的末期到来时，并非是阳极材料完全被氧化，而是在阳极生成的氧化物覆盖在了阳极材料的表面，或是在阴极表面水分散失，使电化学反应无法再继续进行。一旦如此，各种厂家生产的燃料电池所表现出来的现象也各不相同，有些为持续的读数上升，而有些则表现为读数下降。这都有赖于燃料电池的设计及使用过程的控制，应严格按照厂家的技术说明来判断，不能一概而论。容－源－电－子－网－为你提供技术支持

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