测量原理和特点详解

（1）测量原理

电解式微量水分仪又名库仑法电解湿度计，它建立在法拉第电解定律基础之上，广泛应用于气体中微量水分的测量，测量范围通常为1~1 000 μL/L（1~1 000 ppmV）。它是一种采用绝对测量方法的仪器，能达到很低的测量下限。

电解式微量水分仪的主要部分是一个特殊的电解池，池壁上绕有两根并行的螺旋形铂丝，作为电解电极。铂丝间涂有水化的五氧化二磷（P2O5）薄层。P2O5具有很强的吸水性，当被测气体经过电解池时，其中的水分被完全吸收，产生偏磷酸溶液，并被两铂丝间通以的直流电压电解，生成的H2和O2随样气排出，同时使P2O5复原。反应过程如下：

在电解过程中，产生电解电流。根据法拉第电解定律和气体状态方程可导出，在一定温度、压力和流量条件下，产生的电解电流正比于气体中的水含量。测出电解电流的大小，即可测得水分含量。

法拉第电解定律的表达式为：

式中　m——被电解的水的质量，g；

M——H2O的摩尔质量（克分子量），M（H2O）=18.02 g；

n——电解反应中电子变化数，n=2；

F——法拉第常数，96500C（1C=1 A·s，即1库仑=1安培·秒）；

I——电解电流，A；

t——电解时间，s。

被电解的水蒸气的体积可由下式求得：

式中　V——被电解的水蒸气的体积，L；

22.4——1摩尔气体在标准状态（0℃，101 325 Pa）下的体积为22.4 L；

T0——273.15 K，即0℃；

T——电解温度；

P0——标准大气压，101 325 Pa；(www.xing528.com)

P——电解池的压力。

当T=20℃，P=P0时，由式（10.3）可计算出被电解的水蒸气的体积为：

当I=1 A，t=1 s时，V=124.56 μL，即1库仑电量可电解124.56 μL的水蒸气。

若样品为100%的水蒸气，其流量为100 mL/min=100 000 μL/60 s=1 666.67 μL/s，则将其完全电解所需的电流强度为：

以上是样品为100%的水蒸气的情况，若样品含水量为c ppmV（μL/L），则

解得I=13.38 μA，即在1个大气压下，系统温度为20℃，被测气样以100 mL/min的流量流经电解池，当气样含水量c为1 ppmV时，电解电流为13.38 μA。

当通入的气体流量不变时，电解电流与气体中水分的绝对含量有精确的线性关系：

式中　I——电解电流，μA；

k——比例系数μA/μL，当T=20℃，P=1个大气压时，k=13.4 μA/μL；

c——气体中水分的绝对含量，μL（或ppmV）。

若温度、压力不变，流量由100 mL/min变为F′mL/min，则k′可由式（10.4）求得：

若温度、压力变化时，可通过理想气体状态方程对流量加以修正，然后带入式（10.5）计算k′。

（2）特点

①电解式微量水分仪的测量方法属于绝对测量法，电解电量与水分含量一一对应，微安级的电流很容易由电路精确测出，所以其测量精度高，绝对误差小。由于采用绝对测量法，测量探头一般不需要用其他方法进行校准，也不需要现场标定。

②电解池的结构简单，使用寿命长，并可以反复再生使用。

③测量对象较广泛，凡在电解条件下不与五氧化二磷起反应的气体均可测量。