電極法余氯測(cè)量技術(shù)根據(jù)測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)的不同，分為三電極恒壓法、原電池法、極譜法和微電子法等多種方式，本期天健創(chuàng)新將帶來極譜法、微電子法的測(cè)量技術(shù)，維護(hù)操作和產(chǎn)品選型要點(diǎn)深度解析。

什么是極譜法(覆膜法)?

采用覆膜式結(jié)構(gòu)，由電解液腔、膜帽和測(cè)量電極(兩電極或者三電極)組成。

測(cè)量原理：

膜帽覆蓋電解液腔，僅允許次氯酸(HOCl)分子自由擴(kuò)散進(jìn)入，而阻擋次其他離子、懸浮物和有機(jī)污染物進(jìn)入電解液腔。HOCl穿透膜后在電極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，具體原理與原電池或三電極系統(tǒng)相同，取決于覆膜電極的測(cè)量電極采用的結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示：

優(yōu)點(diǎn)：

1. 膜帽能阻礙其他物質(zhì)進(jìn)入測(cè)量腔體，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，適用于復(fù)雜的水質(zhì)。

缺點(diǎn)：

1.低余氯響應(yīng)差：相比于裸露的三電極恒壓法，次氯酸滲透進(jìn)膜帽需要一定的時(shí)間和濃度差，低余氯時(shí)靈敏度不如裸露的三電極恒壓法。

2.膜堵塞風(fēng)險(xiǎn)：含脂質(zhì)、表面活性劑的水體易堵塞膜孔，無氯環(huán)境下微生物也會(huì)堵塞膜孔，導(dǎo)致信號(hào)漂移或響應(yīng)延遲，甚至無法測(cè)量。

3. 使用成本高：膜帽和電解液需要定期更換(一般6~12個(gè)月)，增加耗材成本和人工成本。

什么是微電子法?

微電子余氯電極通常指采用微電子技術(shù)(如 MEMS 工藝)制造的電極，通常為三電極系統(tǒng)(工作電極、對(duì)電極、參比電極)。工作電極和對(duì)電極通常采用鉑金材質(zhì)，制造時(shí)通過濺射工藝將鉑金附著在硅片上，并在表面覆一層特殊膜，用于隔離水中其他離子對(duì)測(cè)量的影響，參比電極通常采用銀 / 氯化銀電極。

測(cè)量原理：

水樣中的游離氯(HOCl/OCl?)在工作電極表面發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的電流強(qiáng)度與余氯濃度成正比：HOCl + 2e? + H? → Cl? + H?O，參比電極(Ag/AgCl電極)提供穩(wěn)定電位，確保測(cè)量準(zhǔn)確性。

優(yōu)點(diǎn)：

1、高精度與靈敏度：微電子工藝確保電極一致性和微小電流檢測(cè)能力，適合低濃度測(cè)量。

2、流速要求下限低：微電子余氯電極的工作電極和對(duì)電極相比傳統(tǒng)的三電極系統(tǒng)，尺寸小很多，加上表層覆蓋了一層膜，對(duì)余氯的消耗量很小，因此對(duì)流速要求比傳統(tǒng)余氯電極要求低，節(jié)約水資源。

3、體積小巧：微電子余氯電極尺寸小，易于集成到在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，或插入到管道內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。

缺點(diǎn)：

1、膜堵塞風(fēng)險(xiǎn)：微電子余氯電極表面有一次特殊膜結(jié)構(gòu)，和極譜法膜帽類似，含脂質(zhì)、表面活性劑的水體易堵塞膜孔，無氯環(huán)境下微生物也會(huì)堵塞膜孔，導(dǎo)致信號(hào)漂移或響應(yīng)延遲，甚至無法測(cè)量。

2、耗材：電極表面的膜結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期使用過程中會(huì)逐步被堵塞，需要定期更換，具體更換周期和水體相關(guān)。

影響電極法余氯測(cè)量準(zhǔn)確性的因素

雖然電極法余氯的原理有多種，但總結(jié)起來都是水中的次氯酸在測(cè)量電極處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)的電流信號(hào)來計(jì)算余氯濃度。

但該電化學(xué)反應(yīng)受多種因素的影響，影響因素主要有測(cè)量電極表面的流速、水中的PH值、水溫等。詳細(xì)內(nèi)容見上期余氯監(jiān)測(cè)技術(shù)系列：天健創(chuàng)新深度解析電極法的測(cè)量原理和維護(hù)選型要點(diǎn)(一)。

電極法余氯電極維護(hù)建議

電極法余氯的維護(hù)工作依據(jù)不同測(cè)量原理，維護(hù)內(nèi)容不完全相同：

1.極譜法余氯電極維護(hù)

2.微電子余氯電極維護(hù)

電極法余氯測(cè)量選型建議

消毒劑分析儀在供水、廢水處理、食品安全等行業(yè)都有廣泛引用。每個(gè)工況有自己的水質(zhì)特征，在選用電極法余氯進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要結(jié)合應(yīng)用行業(yè)的水質(zhì)特征和各方法的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行選擇，建議重點(diǎn)考慮如下方面：

1.測(cè)量原理選擇:

極譜法(覆膜法)余氯電極由于其覆膜結(jié)構(gòu)，具有抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)也存在膜帽堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，適合水質(zhì)成分復(fù)雜且余氯值較高的場(chǎng)景。

微電子余氯電極的膜帽同樣有堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，適合加氯穩(wěn)定的規(guī)模水廠出廠水余氯監(jiān)測(cè)。不適合頻繁停水、余氯含量不穩(wěn)定的場(chǎng)景。

總結(jié)極譜法和三電極法適用工況如下表所示：

2.pH、溫度測(cè)量和補(bǔ)充功能

綜合前面所述，電極法余氯測(cè)量受PH和溫度影響明顯，建議選擇的監(jiān)測(cè)設(shè)備同時(shí)具備余氯、PH和溫度測(cè)量功能，只有三個(gè)參數(shù)同時(shí)測(cè)量，才能自動(dòng)對(duì)余氯進(jìn)行PH和溫度補(bǔ)償，以提升余氯測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

3.穩(wěn)流功能

電極表面流速對(duì)余氯測(cè)量影響很大，如下圖所示，沒有穩(wěn)流功能的設(shè)備，在流速發(fā)生變化時(shí)，余氯值變化明顯，因此建議選擇具備穩(wěn)流功能的監(jiān)測(cè)設(shè)備。

4.自清洗功能

水中的膠體和泥沙會(huì)吸附在裸露在水樣中工作電極的表面，阻礙影響余氯測(cè)量的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致運(yùn)維工作量大、運(yùn)維成本高。因此余氯電極的自清洗功能對(duì)于余氯測(cè)量的長(zhǎng)期準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性非常重要。

作為水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的深耕者，天健創(chuàng)新始終致力于提供專業(yè)、可靠、創(chuàng)新的解決方案，用科技守護(hù)每一滴水的安全!

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編輯：趙凡