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pH計(jì)的簡(jiǎn)述及原理
閱讀：2173 發(fā)布時(shí)間：2017-12-9
pH計(jì)的簡(jiǎn)述及原理
pH計(jì)，是一種常用的儀器設(shè)備，主要用來(lái)精密測(cè)量液體介質(zhì)的酸堿度值,，配上相應(yīng)的離子選擇電極也可以測(cè)量離子電極電位MV值,，pH計(jì)被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、污水處理、科研、制藥、發(fā)酵,、化工、養(yǎng)殖,、自來(lái)水等領(lǐng)域,。該儀器也是食品廠,、飲用水廠辦QS、HACCP認(rèn)證中的*檢驗(yàn)設(shè)備,。
什么是pH,？pH是拉丁文“Pondus hydrogenii”一詞的縮寫(xiě)（Pondus=壓強(qiáng)、壓力hydrogenium=氫）,，用來(lái)量度物質(zhì)中氫離子的活性,。這一活性直接關(guān)系到水溶液的酸性、中性和堿性,。水在化學(xué)上是中性的,，但不是沒(méi)有離子，即使化學(xué)純水也有微量被離解：嚴(yán)格地講,，在與水分子水合作用以前,，氫核不是以自由態(tài)存在。
H2O+ H2O=H3O+ + OHˉ,，由于水合氫離子（H3O+）的濃度是與氫離子（H+）濃度等同看待,，上式可以簡(jiǎn)化成下述常用的形式：
H2O=H+ + OHˉ
此處正的氫離子，人們?cè)诨瘜W(xué)中表示為“H+離子”或“氫核”,。水合氫核表示為“水合氫離子”,。負(fù)的氫氧根離子稱(chēng)為“氫氧化物離子”。
利用質(zhì)量作用定律,，對(duì)于純水的離解可以找到一平衡常數(shù)加以表示：
K=H3O+×OH-————H2O
由于水只有極少量被離解,，因此水的質(zhì)量摩爾濃度實(shí)際為一常數(shù)，并且有平衡常數(shù)K可求出水的離子積KW,。
KW=K×H2O KW= H3O+·OH－=10－7·10－7=10－14mol/l(25℃)
也就是說(shuō)對(duì)于一升純水在25℃時(shí)存在10－7摩爾H3O+離子和10－7摩爾OHˉ離子,。
在中性溶液中，氫離子H+和氫氧根離子OHˉ的濃度都是10－7mol/l,。如：
假如有過(guò)量的氫離子H+,，則溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氫離子H+游離的物質(zhì),。同樣,，如果使OHˉ離子游離，那么溶液就是堿性的,。所以,，給出H+值就足以表示溶液的特性,，呈酸性還是堿性,，為了免于用此分子濃度負(fù)冥指數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，生物學(xué)家澤倫森（Soernsen）在1909年建議將此不便使用的數(shù)值用對(duì)數(shù)代替,，并定義為“pH值”,。數(shù)學(xué)上定義pH值為氫離子濃度的常用對(duì)數(shù)負(fù)值,。即pH=-log[H+]。
因此,，pH值是離子濃度以10為底的對(duì)數(shù)的負(fù)數(shù)：
改變50m3的水的pH值,，從pH2到pH3需要500L漂白劑。然而,，從pH6到pH7只需要50L的漂白劑,。
測(cè)量pH值的方法很多，主要有化學(xué)分析法,、試紙法,、電位法。現(xiàn)主要介紹電位法測(cè)得pH值,。
電位分析法所用的電極被稱(chēng)為原電池,。原電池是一個(gè)系統(tǒng)，它的作用是使化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)成為電能,。此電池的電壓被稱(chēng)為電動(dòng)勢(shì)（EMF）,。此電動(dòng)勢(shì)（EMF）由二個(gè)半電池構(gòu)成，其中一個(gè)半電池稱(chēng)作指示電極,，它的電位與特定的離子活度有關(guān),，如H+；另一個(gè)半電池為參比半電池,，通常稱(chēng)作參比電極,，它一般是測(cè)量溶液相通，并且與測(cè)量?jī)x表相連,。
例如,，一支電極由一根插在含有銀離子的鹽溶液中的一根銀導(dǎo)線(xiàn)制成，在導(dǎo)線(xiàn)和溶液的界面處,，由于金屬和鹽溶液二種物相中銀離子的不同活度,，形成離子的充電過(guò)程，并形成一定的電位差,。失去電子的銀離子進(jìn)溶液,。當(dāng)沒(méi)有施加外電流進(jìn)行反充電，也就是說(shuō)沒(méi)有電流的話(huà),，這一過(guò)程zui終會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡,。在這種平衡狀態(tài)下存在的電壓被稱(chēng)為半電池電位或電極電位。這種（如上所述）由金屬和含有此金屬離子的溶液組成的電極被稱(chēng)為*類(lèi)電極,。
此電位的測(cè)量是相對(duì)一個(gè)電位與鹽溶液的成分無(wú)關(guān)的參比電極進(jìn)行的,。這種具有獨(dú)立電位的參比電極也被稱(chēng)為第二電極。對(duì)于此類(lèi)電極，金屬導(dǎo)線(xiàn)都是覆蓋一層此種金屬的微溶性鹽（如：Ag/Agcl）,，并且插入含有此種金屬鹽陰離子的電解質(zhì)溶液中,。此時(shí)半電池電位或電極電位的大小取決于此種陰離子的活度。