電極法的在線COD監測儀的工作原理是什么？

電極法在線 COD 監測儀的核心原理是通過特定工作電極與輔助電極組成的電化學系統，將水樣中可氧化的有機物（或還原性物質）在電極表面發生的氧化還原反應轉化為可定量的電信號（如電流、電位），再結合校準曲線或理論公式推算出 COD（化學需氧量）數值，實現對水體 COD 的實時、連續監測。其工作原理可拆解為 “預處理 - 電化學反應 - 信號轉換 - 數據計算" 四個關鍵環節，具體如下：

一、核心前提：水樣預處理（消除干擾）

由于實際水體中可能存在懸浮物、氯離子、硫化物等干擾物質（會影響電極反應或電信號準確性），儀器需先對水樣進行預處理，確保后續電化學反應僅針對 “貢獻 COD 的有機物"：

過濾：通過濾網（通常 5-20μm）去除水樣中的懸浮物、泥沙等固體雜質，避免堵塞電極或覆蓋電極表面，影響反應效率。

除氯 / 除干擾離子：部分儀器會加入特定試劑（如銀鹽，與氯離子生成氯化銀沉淀）或通過離子交換樹脂，降低高濃度氯離子（如海水、工業廢水）對氧化反應的干擾（氯離子易在陽極被氧化，導致 COD 測量值偏高）。

溫度 /pH 調節：多數電化學反應對溫度、pH 敏感，儀器會通過恒溫模塊（將水樣溫度穩定在 25℃±2℃）或緩沖試劑調節，確保反應在最佳條件下進行，減少環境因素對結果的影響。

二、核心環節：電化學氧化反應（有機物→電信號）

預處理后的水樣進入電化學檢測池，檢測池內通常包含 3 類電極（工作電極、輔助電極、參比電極），三者協同完成有機物的氧化與電信號采集，主流技術路線分為 “庫侖法" 和 “伏安法" 兩類，其中庫侖法應用醉廣泛：

1. 主流原理：庫侖法（電流 - 電量定量）

庫侖法的核心是 “法拉第電解定律"—— 電極上發生氧化還原反應的物質質量，與通過電極的電量（電流 × 時間）成正比。具體過程如下：

電極系統分工：

工作電極（陽極）：通常為惰性材料（如鉑、金、二氧化鉛），作為氧化反應的 “載體"。水樣中的還原性有機物（如烴類、醇類、有機酸等）在陽極表面被強制氧化，生成 CO?、H?O 等產物（例如：C?H??O? + 6H?O → 6CO?↑ + 24H? + 24e?）。

輔助電極（陰極）：與工作電極形成回路，接收工作電極產生的電子，發生還原反應（如 2H? + 2e? → H?↑，或 O? + 4H? + 4e? → 2H?O），確保電路導通。

參比電極（如甘汞電極、銀 - 氯化銀電極）：提供穩定的標準電位，用于監測工作電極的電位變化，避免因電位波動導致氧化反應 “過度" 或 “不足"，保證反應特異性。

電量采集與計算：儀器實時監測電解過程中通過工作電極的電流（瞬時電流），并對電流隨時間的變化進行積分，得到總電量（Q）。根據法拉第定律，結合有機物氧化的電子轉移數（通過校準實驗確定），即可推算出水中有機物的總量，最終換算為 COD 值（單位：mg/L，以 O?計）。

2. 補充原理：伏安法（電位 - 電流定量）

伏安法通過掃描工作電極的電位，記錄不同電位下的電流響應（即 “伏安曲線"），利用曲線特征（如峰電流、峰面積）定量有機物濃度：

過程：儀器逐漸升高工作電極的電位，當電位達到某一值時，水樣中的有機物開始在電極表面快速氧化，電流隨之急劇上升（形成 “氧化峰"）；當有機物幾乎被玩全氧化后，電流趨于穩定。

定量：氧化峰的峰電流強度或峰面積與水樣中有機物的濃度（即 COD 貢獻值）呈線性關系，通過預先繪制的 “濃度 - 峰電流 / 峰面積" 校準曲線，即可反推出 COD 數值。

三、信號轉換與數據輸出

電信號轉換：電極產生的微弱電流（通常為微安級 μA）或電位信號，通過儀器內部的 “信號放大器" 和 “模數轉換器（ADC）"，轉化為計算機可識別的數字信號。

數據計算與校準：儀器內置的處理器根據數字信號，結合上述電化學原理（庫侖法的電量公式、伏安法的校準曲線），自動計算出實時 COD 值；同時，儀器會定期自動用 “標準 COD 溶液"（如鄰苯二甲酸氫鉀溶液）進行校準，修正電極老化、試劑消耗等帶來的誤差，確保數據準確性。

實時輸出：最終 COD 數據可通過顯示屏實時顯示，或通過 RS485、4G 等通訊接口傳輸至監控平臺，實現遠程監控、數據存儲與超標報警。

關鍵特點總結

電極法在線 COD 監測儀的原理本質是 “用電化學信號替代傳統重鉻酸鉀法的化學滴定"，核心優勢是無需頻繁添加大量化學試劑（僅預處理階段需少量試劑）、反應速度快（單次檢測通常 <30 分鐘），因此適合連續在線監測；但需注意：其測量對象是 “可在電極表面氧化的有機物"，對部分難氧化有機物（如長鏈烷烴、芳香族化合物）的響應較弱，因此需根據監測水體類型（如生活污水、工業廢水）選擇適配的電極材料和反應條件。