CN108828046A - 一种cod实时检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种COD实时检测仪，属于传感器领域。本发明的一种COD实时检测仪，包括置于反应池内的功能电极，和与所述功能电极形成激发回路的对电极；所述功能电极，所述对电极与三极管相连形成检测电路；所述反应池用于盛装待检测液；所述激发回路能够在光照条件下激发待检测液中有机污染物发生氧化反应并产生电信号；所述检测电路能够将所述电信号按照一定的对数关系放大。本发明的一种COD实时检测仪，具有利用光催化原理进行COD检测，能够实现准确快速地实时检测，并具有高灵敏度，误差范围小，具有较大跨度的检测范围，检测限低实用性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器检测系统，具体来说涉及一种COD实时检测仪。
背景技术
水安全关乎生命健康，而水质监控是保障用水安全的核心问题。水体的化学需氧量（COD）是用于评价水体受污染程度的一项重要指标，是水质综合评价中的核心参数之一，及时准确地监测水体的 COD 值具有重要意义。
现有技术中，水质COD指标仍主要依赖化学滴定法进行测定，包括用于饮用水水质检定的高锰酸盐指数法和重铬酸钾氧化法这两种国标方法。此种方法操作繁琐、分析时间长、批量测定难，并且存在严重的二次污染，难以满足多种水体质量的检测需求。
近年来，在实验室中开始研究采用光催化氧化技术建立的测定水体COD浓度的方法。该方法利用了光催化过程中产生的电子和空穴对，其中空穴具有极强的氧化能力，能够迅速氧化废水中的有机污染物，而光生电子能将水中溶解氧还原，因此，光催化反应过程所消耗的溶解氧可以作为COD检测的分析信号。但这种方法受困于光生电子空穴对容易复合以及氧气在水溶液中的溶解度低，导致检测的灵敏度较差，误差也较大。实验室中也曾出现过一种薄层反应器，
详见文献：
[1]Mu Q., Li Y., Zhang Q., et al. TiO2 nanofibers fixed in a microfluidicdevice for rapid determination of chemical oxygen demand viaphotoelectrocatalysis[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2011, 155(2):804-809.
[2] Zhang S., Jiang D., Zhao H. Development of chemical oxygen demand on-line monitoring system based on a photoelectrochemical degradation principle[J]. Environmental Science & Technology, 2006, 40(7): 2363-2368.
这种薄层反应器虽然具有体积小、传质快、反应时间短等优点，但检测范围为1~100mg/L，检出限约1mg/L，检测范围的跨度较小，实用性并不强。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种利用光催化原理进行COD检测，能够实现准确快速地检测，并具有高灵敏度，误差范围小，具有较大跨度的检测范围，实用性强的COD实时检测仪。
本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种COD实时检测仪，包括置于反应池内的功能电极，和与所述功能电极形成激发回路的对电极；所述功能电极，所述对电极与三极管相连形成检测电路；
所述反应池用于盛装待检测液；
所述激发回路能够在光照条件下激发待检测液中有机污染物发生氧化反应并产生电信号；
所述检测电路能够将所述电信号按照一定的对数关系放大。
由于采用了上述技术方案，在光照条件下，半导体电极产生高能羟基自由基（•OH），其氧化能力极强，可参与水体中有机污染物的电极氧化反应。基于此，通过光电化学池的电信号监测可实现对COD值的实时在线检出。利用电信号检测的水质传感器具有快速响应、易于集成的优势。
但仅仅用功能电极和对电极形成的激发回路得到的电信号会存在信号微弱，信号易受到干扰的问题，使得信号捕捉产生较大的误差，最终导致检测结果的偏差。通过三极管能够有效的对电信号进行放大，信号呈现对数关系，从而保证对电信号解读的准确度；另一方面，通过三极管的有效放大作用，能够清晰的对电信号进行捕捉，极大的扩大了检测范围的跨度。
本发明的提供的技术方案，COD浓度检测范围为0.64~3360mg/L，检测限0.12mg/L，具有极大的检测跨度和极高的检测精度，远远满足国标3mg/L的检测限；并在待检测样流过后，能够实时输出数据，避免了现有技术如滴定法等所需的检测时间和复杂的检测操作。
本发明的一种COD实时检测仪，所述三极管包括G电极，S电极和D电极，所述功能电极（3）和对电极（2）与G电极相连。
本发明的一种COD实时检测仪，所述G电极与所述S电极之间施加负电压，所述D电极和所述S电极之间施加正电压。
本发明的一种COD实时检测仪，所述对数关系为 ，其中 表示所述电信号的电流强度， 表示待检测液COD浓度。
由于采用了上述技术方案，当且仅当G电极与功能电极相连，且G S电极之间施加负电压，DS电极之间施加正电压时才能够捕捉到清晰的对数关系电信号。如果改变连接方式，或改变电压都无法检测到稳定的电信号与浓度的变化关系。
优选的，负电压为-2~-5V时能够形成清晰噪音的放大波形，具有良好的检测效果。
本发明的一种COD实时检测仪，所述检测电路连有处理平台，所述处理平台能够依据所述电信号计算后输出所述待检测液的COD浓度值。
由于采用了上述技术方案，通过处理平台能够根据上述对数关系将电信号直接输出成COD浓度，便于用户读数。
本发明的一种COD实时检测仪，所述对电极间隔设置于所述功能电极一侧，所述功能电极另一侧设有光源模组。
本发明的一种COD实时检测仪，所述光源模组包括紫外光源，所述紫外光源能够发射紫外光并照射至功能电极。
本发明的一种COD实时检测仪，所述紫外光源外部设有聚光罩，所述聚光罩能够将所述紫外光聚焦至所述功能电极表面。
本发明的一种COD实时检测仪，所述功能电极为表面负载TiO2纳米管阵列膜的Ti网电极。
本发明的一种COD实时检测仪，所述对电极为表面负载Pt的Ti网电极。
由于采用了上述技术方案，功能电极为表面负载TiO2纳米管阵列膜的Ti网电极。所述的半导体电极由金属钛网为基体，通过在含F电解液中阳极氧化，在表面生成TiO2纳米管阵列膜层，再经高温烧结转变为结晶态。TiO2纳米管阵列膜层稳定、无毒，对光吸收强，光电转换效率及电荷迁移率高，所产生的羟基自由基氧化能力极强，极易将有机污染物氧化。
对电极为表面负载Pt的Ti网电极；所述对电极与所述半导体电极平行并竖直放置。因对电极发生O2的还原反应，Pt具有较低的析氢过电位，使还原反应可高效进行，避免电子无法有效迁移从而限制半导体电极氧化反应的进行。
优选的，紫外灯的发出光波长小于380mm，具有较好的激发效果。通过搭建高效的光电化学池检测回路，只要有机污染物发生反应，其将产生对应的电荷转移，及产生法拉第电流。对微小电流的检出已无技术障碍，因此本装置可满足较高精度的COD检测需求。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、利用光催化原理进行COD检测，能够实现准确快速地检测，并具有高灵敏度，误差范围小，具有较大跨度的检测范围，实用性强；
2、本发明的提供的技术方案，COD浓度检测范围为0.64~3360mg/L，检测限0.12mg/L，具有极大的检测跨度和极高的检测精度，远远满足国标3mg/L的检测限；并在待检测样流过后，能够实时输出数据，避免了现有技术如滴定法等所需的检测时间和复杂的检测操作；
3、通过搭建高效的光电化学池检测回路，只要有机污染物发生反应，其将产生对应的电荷转移，及产生法拉第电流。对微小电流的检出已无技术障碍，因此本装置可满足较高精度的COD检测需求。
附图说明
图1是一种COD实时检测仪结构示意图；
图2是一个实施例中电信号与COD浓度的对数函数关系图；
图3是清晰的光响应曲线；
图4是噪音较大的光响应曲线。
图中标记：1为反应池，2为对电极，3为功能电极，4为石英玻璃片，5为聚光罩，6为紫外光源，7为三极管，8位处理平台。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的一种COD实时检测仪，由反应池1、电极组以及光照模块组成；电极组包括对电极2和功能电极3，其平行竖直放置在反应池1中并连成回路；反应池的一个侧面设有由石英玻璃片4构成的透光窗口；光照模块包括一个紫外光源6及一个聚光罩5，紫外光源6的发光波长小于380nm；聚光罩5将光线汇聚后透过石英玻璃片4正面照射在功能电极3上。对电极2为表面负载Pt的Ti网电极，通过将Ti网置于氯铂酸水溶液中阴极电解沉积Pt制备获得。半导体电极3为表面负载TiO2纳米管阵列膜的Ti网电极，其以金属钛网为基体，通过在含F电解液中阳极氧化，在表面生成TiO2纳米管阵列膜层，再经高温烧结转变为结晶态，由此制备得到。
功能电极3与对电极2与三极管7相连形成检测电路，三极管7包括G电极，S电极和D电极，G电极与功能电极3，对电极2相连，给予G电极施加一个-3V的负电压，给予DS电极施加一个2V的电压，检测电路能够将所述电信号按照一定的对数关系放大，这个对数关系为 ，其中 表示所述电信号的电流强度， 表示待检测液COD浓度，该对数函数关系如图2所示。检测电路连有处理平台8，处理平台8能够依据所述电信号计算后输出所述待检测液的COD浓度值。本实施例的装置COD浓度检测范围为0.64~3360mg/L，检测限0.12mg/L。
使用时，待检测液盛装在反应池中，并浸没功能电极3和对电极2，光照下功能电极3产生电子-空穴对，光生空穴迁移至电极表面产生高能羟基并氧化有机污染物，光生电子转移至对电极2参与O2的还原反应并产生电流，检测该电流值，其与水样的COD值存在对应关系，处理平台8根据计算公式计算实时输出水中COD浓度值。
另一个实施例中，给予G电极施加一个-1V或者-3V的负电压，ds之间施加一个任意数值的正电压，装置的光响应曲线如图3所示，通过图3我们可以看到装置具有一个清晰的光响应曲线，此时能够很好的对电信号进行捕捉；而当给予G电极施加一个正电压，ds之间施加正电压时，光响应曲线如图4所示，出现了较多明显的噪音，无法区分电信号，导致无法进行检测。
反面的一个实施例，给予G电极施加一个-7V的负电压，给予DS电极施加一个2V的电压，此时，则没有很明显的光响应效果；根据光响应与G电极关系函数，计算得出-5v这一下限值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种COD实时检测仪，其特征在于：包括置于反应池（1）内的功能电极（3），和与所述功能电极（3）形成激发回路的对电极（2）；所述功能电极（3），所述对电极（2）与三极管（7）相连形成检测电路；
所述反应池用于盛装待检测液；
所述激发回路能够在光照条件下激发待检测液中有机污染物发生氧化反应并产生电信号；
所述检测电路能够将所述电信号按照一定的对数关系放大。
2.如权利要求1所述的一种COD实时检测仪，其特征在于：所述三极管（7）包括G电极，S电极和D电极，所述功能电极（3）和对电极（2）与G电极相连。
3.如权利要求2所述的一种COD实时检测仪，其特征在于：所述G电极和所述S电极之间施加负电压，所述D电极和所述S电极之间施加正电压。
4.如权利要求1所述一种COD实时检测仪，其特征在于：所述对数关系为，其中表示所述电信号的电流强度，表示待检测液COD浓度。
5.如权利要求1所述的一种COD实时检测仪，其特征在于：所述检测电路连有处理平台（8），所述处理平台（8）能够依据所述电信号计算后输出所述待检测液的COD浓度值。
6.如权利要求1所述的一种COD实时检测仪，其特征在于：所述对电极（2）间隔设置于所述功能电极（3）一侧，所述功能电极（3）另一侧设有光源模组。
7.如权利要求6所述的一种COD实时检测仪，其特征在于：所述光源模组包括紫外光源（6），所述紫外光源（6）能够发射紫外光并照射至功能电极（3）。
8.如权利要求7所述的一种COD实时检测仪，其特征在于：所述紫外光源（6）外部设有聚光罩（5），所述聚光罩（5）能够将所述紫外光聚焦至所述功能电极（3）表面。
9.如权利要求1所述的一种COD实时检测仪，其特征在于：所述功能电极（3）为表面负载TiO2纳米管阵列膜的Ti网电极。
10.如权利要求1所述的一种COD实时检测仪，其特征在于：所述对电极（2）为表面负载Pt的Ti网电极。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN101750446A (zh) * | 2008-12-10 | 2010-06-23 | 中国科学院电子学研究所 | 具有快速稳定特性的互补-金属-氧化物半导体恒电位仪 |
| CN107850564A (zh) * | 2015-04-30 | 2018-03-27 | 伊勒伯科技股份有限公司 | 用于在离子流体中侦测的系统及方法 |
| CN107941731A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-04-20 | 海南聚能科技创新研究院有限公司 | 一种水质中化学需氧量在线检测仪 |
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2018
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101750446A (zh) * | 2008-12-10 | 2010-06-23 | 中国科学院电子学研究所 | 具有快速稳定特性的互补-金属-氧化物半导体恒电位仪 |
| CN107850564A (zh) * | 2015-04-30 | 2018-03-27 | 伊勒伯科技股份有限公司 | 用于在离子流体中侦测的系统及方法 |
| CN107941731A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-04-20 | 海南聚能科技创新研究院有限公司 | 一种水质中化学需氧量在线检测仪 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LI-LUN CHI ET.AL: "Study on extended gate field effect transistor with tin oxide sensing membrane", 《MATERIALS CHEMISTRY AND PHYSICS》 * |
| M.H. ASIF ET.AL: "Selective calcium ion detection with functionalized ZnO nanorods-extended gate MOSFET", 《BIOSENSORS AND BIOELECTRONICS》 * |
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