1 pH值測量的基本原理

      用于確定化學反應(yīng)過程的zui熟悉zui古老的零電流測量方法恐怕就是pH測量,。一般來講，pH測 量就是用來確定某種溶液的酸堿度,。即使化學純水 也有微量被離解,，其電離方程式為： H2O H2O=H3O一 OH一 （1） 由于水只有極少量被離解，離子的克分子濃度一般為負冪指數(shù) 為了免于用克分子濃度負冪指數(shù) 進行運算,，生物學家澤倫森（Soernsen）在1 909年 建議將此不便使用的數(shù)值用對數(shù)代替,，并定義為 “ pH值”,。數(shù)學上定義pH值為氫離子濃度的常用 對數(shù)的負值,。即： pH=一log[H ] （2） 由于離子積對溫度的依賴性很強,，對于過程控 制的pH值,，必須同時知道溶液的溫度特性，只有在被測介質(zhì)處于相同溫度的情況下才能對其pH值進行比較,。為了得到和可重現(xiàn)的pH值,，就要使用電位分析法來進行pH值測量。 電位分析法所用的電極被稱為原電池,。此電池 的電壓被稱為電動勢（EMF）,。此電動勢（EMF） 由2個半電池構(gòu)成。其中一個半電池稱作測量電極,，它的電位與特定的離子活度有關(guān),；另一個半電 池為參比半電池，通常稱作參比電極,，它一般是與 測量溶液相通,，并且與測量儀表相連。標準氫電極是所有電位測量的參比點,。標準氫電極是一根鉑 絲,，用電解的方法鍍（涂覆）上氯化鉑，并且在四周充人氫氣構(gòu)成的,。 zui熟悉也是zui常用的pH指示電極是玻璃電極,。它是一支端部吹制上對于pH敏感的玻璃膜的 玻璃管。管內(nèi)充填有含飽和AgCI的KCI緩沖溶液,， 其pH值為7,。存在于玻璃膜二面的反映pH值的 電位差，此電位差遵循能斯特公式： E=Eo ,。1n [H3oq （3） n,。」 式中：E一電位,；E 電極的標準電壓,；R — 氣體常數(shù)；T一開氏溫度,；F一法拉第常 數(shù),；N 一被測離子的化合價； [H O ]一H O 離子的活度,。 由上式可見，電位E與H O 離子活度,、溫度 存在一定的關(guān)系,，在一定溫度下，測量電位E即可算 出ln [H O ]（轉(zhuǎn)換為一log[H O ]即得pH）,，這 就是pH檢測的基本原理,。 在能斯特公式中,，溫度“ ’作為變量起很大 作用。隨著溫度的上升,，電位值將隨之增大,。對于每1℃的溫度變大，將引起電位0,。2 mV／pH變化,。 用pH值來表示，則每I~C每lpH變化0,。0033pH 值,。這也就是說：對于20～30~C和7pH左右的測量 來講，不需要對溫度變化進行補償,；而對于溫度大 于30~C或小于20℃和pH值大于8或小于6的應(yīng)用 場合則必須對溫度變化進行補償,。

      2 pH計的原理結(jié)構(gòu)

      pH值zui早是采用電位計測量電極電位的方法來測量，它是一種用準確已知的標準電位來平衡 未知電位的零指示儀器,。受電位計靈敏度的限制,， 普通電位計*不適用于帶有薄膜體系的電位測量，這種pH值測量使用很不方便,。20世紀六七十 年代,，隨著半導體技術(shù)的發(fā)展，在很多電子技術(shù) 應(yīng)用領(lǐng)域里晶體管逐步代替電子管,，大大減小了電子儀器的體積和功耗,。但由于晶體管是電流控 制器件，其輸入阻抗遠比電子管的輸入阻抗低,， 因此只有在變?nèi)荻壒艹霈F(xiàn)后才有了全晶體管的 pH電位儀,。20世紀70年代中后期，出現(xiàn)了以微處理器為核心的智能pH檢測儀,。用軟件實現(xiàn)電極 信號的計算處理和pH值的溫度補償,，對pH值進行特征化處理以克服pH值測量*的非線性。儀 表檢測精度大大提高,，功能更為豐富,，可以適應(yīng)較 寬的溫度范圍。 目前幾乎所有的工業(yè)pH值儀表都是智能型的,。智能型pH值檢測儀表是以單片機為核心,，采 用大規(guī)模集成電路芯片對電極信號和溫度信號進行 處理，處理后的信號送入單片機進行計算處理,。 pH值檢測儀表是以（式3）的公式為理論依據(jù)進 行開發(fā)的,，其原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。由于以單片 機為核心，可以進行復雜的計算,，數(shù)據(jù)處理非常方便,，檢測精度大為提高，儀表的體積更小,，性能更 為可靠,。

      3 測量電極及其選擇方法

      3。1 銻測量電極 銻測量電極是一種純銻活性表面的半金屬,。電極的銻觸點發(fā)生化學反應(yīng)產(chǎn)生一個氫氧化層,。銻電極之所以能像其它電極一樣可響應(yīng)pH，正因為這個氧化層能感應(yīng)pH,。但是銻電極不如玻璃或離子 敏感場效應(yīng)晶體管（ISFET）電極測量,，因為 它對pH和溫度響應(yīng)是非線性的。它的標準溫度限 制在0～80~C,，標準pH范圍在2～11,。氧化或變形 反應(yīng)會打斷銻電極測量。例如因氯或亞硫酸鹽存在引起的氧化或變形,。因為銻觸點會對可能的氧化或變形響應(yīng),。 現(xiàn)在銻電極已經(jīng)很少被用于pH測量了，只有在含氫氟酸溶液的工藝過程中才用到,。因為pH 值≤4的氫氟酸溶液會迅速損壞玻璃或離子敏感場效應(yīng)晶體管（ISFET）電極,。但是銻電極在氫氟酸 溶液中使用也是有限的，因為pH值≤2時測量結(jié)果很難達到,。

      3,。2 玻璃測量電極 玻璃測量電極包括一個特殊機理玻璃，它可發(fā)出隨pH變化的m號,。玻璃電極通常對pH值 在1至12范圍間能夠作出非常線性mV響應(yīng),。玻璃電極的生產(chǎn)廠商一般會提供不同厚度的電極以適合 各種溫度條件。例如溫度在0～80~C,，或20～110~（2 適用的玻璃電極,。即便如此，厚玻璃電極也依然易碎,，很容易破裂或斷掉,。 在pH≥11的溶液中使用玻璃電極會產(chǎn)生鈉誤 差，這是因為相比氫濃度低的溶液,，通常玻璃電極 更易響應(yīng)鈉濃度高的溶液,。其它溶液，如鉀,，也容 易造成這種反應(yīng),。pH測量讀數(shù)低于真實值一般出現(xiàn)在pH在0。1～0。3時,。高pH值溶液還會腐蝕電 極。高溫且高pH值的溶液會影響玻璃電極對pH 的響應(yīng)和縮短玻璃電極的使用壽命,。較厚的玻璃電 極用于高pH值和高溫溶液中,。 相反，在低pH值溶液中,，如pH≤1時,，玻璃 電極會產(chǎn)生酸誤差。因為溶液中,，酸和水的比值 高,，玻璃膜和電極響應(yīng)都會受到影響。除此之外,， 酸濃度高的溶液有可能影響精度的情況,，還要注意 氫氟酸會腐蝕并zui終損壞玻璃電極。一個普遍的規(guī) 律是氫氟酸或pH≤4的溶液會縮短玻璃電極的壽命,。更確切的說法是玻璃電極在10 mol／L氫氟酸 中測量不穩(wěn)定,，且會被腐蝕。相比玻璃電極,，銻測 量電極的抗氫氟酸腐蝕性要強很多,。
www.bjjcyb.com
感謝您訪問我們巨能機械的【www.bjjcyb.com】,如有任何疑問.您可以致電給我們,我們一定會盡心盡力為您提供的服務(wù)。
公司名稱：北京精誠華泰儀表有限公司
：祁
：/52728110

：http://www.bjjcyb.com/
：bjjchtyb
更多關(guān)于酸度計相關(guān)介紹,，請登錄http://www.jcht2011.com