电极法的在线COD监测仪的工作原理是什么？

电极法在线 COD 监测仪的核心原理是通过特定工作电极与辅助电极组成的电化学系统，将水样中可氧化的有机物（或还原性物质）在电极表面发生的氧化还原反应转化为可定量的电信号（如电流、电位），再结合校准曲线或理论公式推算出 COD（化学需氧量）数值，实现对水体 COD 的实时、连续监测。其工作原理可拆解为 “预处理 - 电化学反应 - 信号转换 - 数据计算" 四个关键环节，具体如下：

一、核心前提：水样预处理（消除干扰）

由于实际水体中可能存在悬浮物、氯离子、硫化物等干扰物质（会影响电极反应或电信号准确性），仪器需先对水样进行预处理，确保后续电化学反应仅针对 “贡献 COD 的有机物"：

过滤：通过滤网（通常 5-20μm）去除水样中的悬浮物、泥沙等固体杂质，避免堵塞电极或覆盖电极表面，影响反应效率。

除氯 / 除干扰离子：部分仪器会加入特定试剂（如银盐，与氯离子生成氯化银沉淀）或通过离子交换树脂，降低高浓度氯离子（如海水、工业废水）对氧化反应的干扰（氯离子易在阳极被氧化，导致 COD 测量值偏高）。

温度 /pH 调节：多数电化学反应对温度、pH 敏感，仪器会通过恒温模块（将水样温度稳定在 25℃±2℃）或缓冲试剂调节，确保反应在最佳条件下进行，减少环境因素对结果的影响。

二、核心环节：电化学氧化反应（有机物→电信号）

预处理后的水样进入电化学检测池，检测池内通常包含 3 类电极（工作电极、辅助电极、参比电极），三者协同完成有机物的氧化与电信号采集，主流技术路线分为 “库仑法" 和 “伏安法" 两类，其中库仑法应用醉广泛：

1. 主流原理：库仑法（电流 - 电量定量）

库仑法的核心是 “法拉第电解定律"—— 电极上发生氧化还原反应的物质质量，与通过电极的电量（电流 × 时间）成正比。具体过程如下：

电极系统分工：

工作电极（阳极）：通常为惰性材料（如铂、金、二氧化铅），作为氧化反应的 “载体"。水样中的还原性有机物（如烃类、醇类、有机酸等）在阳极表面被强制氧化，生成 CO₂、H₂O 等产物（例如：C₆H₁₂O₆ + 6H₂O → 6CO₂↑ + 24H⁺ + 24e⁻）。

辅助电极（阴极）：与工作电极形成回路，接收工作电极产生的电子，发生还原反应（如 2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑，或 O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O），确保电路导通。

参比电极（如甘汞电极、银 - 氯化银电极）：提供稳定的标准电位，用于监测工作电极的电位变化，避免因电位波动导致氧化反应 “过度" 或 “不足"，保证反应特异性。

电量采集与计算：仪器实时监测电解过程中通过工作电极的电流（瞬时电流），并对电流随时间的变化进行积分，得到总电量（Q）。根据法拉第定律，结合有机物氧化的电子转移数（通过校准实验确定），即可推算出水中有机物的总量，最终换算为 COD 值（单位：mg/L，以 O₂计）。

2. 补充原理：伏安法（电位 - 电流定量）

伏安法通过扫描工作电极的电位，记录不同电位下的电流响应（即 “伏安曲线"），利用曲线特征（如峰电流、峰面积）定量有机物浓度：

过程：仪器逐渐升高工作电极的电位，当电位达到某一值时，水样中的有机物开始在电极表面快速氧化，电流随之急剧上升（形成 “氧化峰"）；当有机物几乎被玩全氧化后，电流趋于稳定。

定量：氧化峰的峰电流强度或峰面积与水样中有机物的浓度（即 COD 贡献值）呈线性关系，通过预先绘制的 “浓度 - 峰电流 / 峰面积" 校准曲线，即可反推出 COD 数值。

三、信号转换与数据输出

电信号转换：电极产生的微弱电流（通常为微安级 μA）或电位信号，通过仪器内部的 “信号放大器" 和 “模数转换器（ADC）"，转化为计算机可识别的数字信号。

数据计算与校准：仪器内置的处理器根据数字信号，结合上述电化学原理（库仑法的电量公式、伏安法的校准曲线），自动计算出实时 COD 值；同时，仪器会定期自动用 “标准 COD 溶液"（如邻苯二甲酸氢钾溶液）进行校准，修正电极老化、试剂消耗等带来的误差，确保数据准确性。

实时输出：最终 COD 数据可通过显示屏实时显示，或通过 RS485、4G 等通讯接口传输至监控平台，实现远程监控、数据存储与超标报警。

关键特点总结

电极法在线 COD 监测仪的原理本质是 “用电化学信号替代传统重铬酸钾法的化学滴定"，核心优势是无需频繁添加大量化学试剂（仅预处理阶段需少量试剂）、反应速度快（单次检测通常 <30 分钟），因此适合连续在线监测；但需注意：其测量对象是 “可在电极表面氧化的有机物"，对部分难氧化有机物（如长链烷烃、芳香族化合物）的响应较弱，因此需根据监测水体类型（如生活污水、工业废水）选择适配的电极材料和反应条件。