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PH酸堿度計的定義、原理與測量方法
2014-10-28
PH計
計是一種常用的儀器設(shè)備,主要用來精密測量液體介質(zhì)的酸堿度值,配上相應(yīng)的離子選擇電極也可以測量離子電極電位MV值廣泛應(yīng)用于工業(yè),農(nóng)業(yè),科研,環(huán)保等領(lǐng)域.
PH酸堿度計的定義、原理與測量方法
什么是PH？PH是拉丁文“Pondus hydrogenii”一詞的縮寫（Pondus=壓強(qiáng)、壓力hydrogenium=氫）用來量度物質(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有離子即使化學(xué)純水也有微量被離解：嚴(yán)格地講只有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
由于水全氫離子（H3O）的濃度事與氫離子（H）濃度等同看待上式可以簡化成下述常用的形式：
H2O=H++ OHˉ
此處正的氫離子人們在化學(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)的氫氧根離子稱為“氫氧化物離子”。
利用質(zhì)量作用定律對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克分子濃度實際為一常數(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=10mol/l(25℃)
也就是說對于一升純水在25℃時存在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)。同樣如果氫離子H+并使OHˉ離子游離那末溶液就是堿性的。所以給出CH+值就足以表示溶液的特性呈酸性堿性為了免于用此克分子濃度負(fù)冥指數(shù)進(jìn)行運算生物學(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數(shù)負(fù)值。即
因此PH值是離子濃度以10為底的對數(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)主要介紹電位法測得PH值。
電位分析法所用的電極被稱為原電池。原電池是一個系統(tǒng)它的作用是使化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)成為電能。此電池的電壓被稱為電動勢（EMF）。此電動勢（EMF）由二個半電池構(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)如H+；另一個半電池為參比半電池通常稱作參比電極它一般是測量溶液相通并且與測量儀表相連。
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)線制成在導(dǎo)線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)沒有施加外電流進(jìn)行反充電也就是說沒有電流的話這一過程最終會達(dá)到一個平衡。在這種平衡狀態(tài)下存在的電壓被稱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為第一類電極。
此電位的測量是相對一個電位與鹽溶液的成分無關(guān)的參比電極進(jìn)行的。這種具有獨立電位的參比電極也被稱為第二電極。對于此類電極金屬導(dǎo)線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限離子的電解質(zhì)溶液中。此時半電池電位或電極電位的大小取決于此種陰離子的活度。
此二種電極之間的電壓遵循能斯特（NERNST）公式：
E =
E0+
R·T
——
·1n aMe
n·F
式中：E—電位
E0—電極的標(biāo)準(zhǔn)電壓
R—氣體常數(shù)（8.31439焦耳/摩爾和℃）
T—開氏絕對溫度（例：20℃=273+293開爾文）
F—法拉弟常數(shù)（96493庫化/當(dāng)量）
n—被測離子的化合價（銀=1氫=1）
aMe—離子的活度
標(biāo)準(zhǔn)氫電極是所有電位測量的參比點。標(biāo)準(zhǔn)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入氫氣（固定壓力為1013hpa）構(gòu)成的。
將此電極浸入在25℃時H3O+離子含量為1mol/l溶液中便形成電化學(xué)中所有電位測量所參照的半電池電位或電極電位。其中氫電極做為參比電極在實踐中很難實現(xiàn)于是使用第二類電極做為參比電極。其中最常用的便是銀/氯化銀電極。該電極通過溶解的AgCl對于氯離子濃度的變化起反應(yīng)。
此參比電極的電極電位通過飽和的kcl貯池（如：3mol/l kcl）來實現(xiàn)恒定。液體或凝膠形式的電解質(zhì)溶液通過隔膜與被測溶液相連通。
利用上述的電極組合—銀電極和Ag/AgCl參比電極可以測量膠片沖洗液中的銀離子含量。也可以將銀電極換成鉑或金電極進(jìn)行氧化還原電位的測量。例如：某種金屬離子的氧化階段。
最常用的PH指示電極是玻璃電極。它是一支端部吹成泡狀的對于PH敏感的玻璃膜的玻璃。管內(nèi)充填有含飽和AgCl的3mol/l kcl緩沖溶液PH值為7。存在于玻璃膜二面的反映PH值的電位差用Ag/AgCl傳導(dǎo)系統(tǒng)，
如第二電極導(dǎo)出。PH復(fù)合電極和PH固態(tài)電極，時代布氏硬度計如圖
此電位差遵循能斯特公式：
E=
E0+
R·T
——
·1n a H3O+
n·F
E=59.16mv/25℃ per PH
式中R和F為常數(shù)，n為化合價每種離子都有其固定的值。對于氫離子來講n=1。溫度“T”做為變量在能斯特公式中起很大作用。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0.2mv/per PH變化。用PH值來表示則每1℃第1PH變化0.0033PH值。
這也就是說：對于20～30℃之間和7PH左右的測量不需要對溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償；而對于溫度＞30℃或＜20℃和PH值＞8PH或6PH的應(yīng)用場合則必須對溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。
圖1：PH值一電位一離子濃度之間的關(guān)系
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 OH離子
14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 H 離子
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 PH
+414.4•••• •• ••••+.59.2 0 -59.2•••••••••••• •••• -414.4 mv/25℃
從以上我們對PH測量的原理進(jìn)行了分析而得知我們只要用一臺毫伏計即可把PH值顯示出來
PH酸堿度計的分類
人們根據(jù)生產(chǎn)與生活的需要科學(xué)地研究生產(chǎn)了許多型號的酸堿度計：
按測量精度上可分0.2級、0.1級、0.01級或更高精度
按儀器體積上分有筆式（迷你型）、便攜式、臺式還有在線連續(xù)監(jiān)控測量的在線式。
根據(jù)使用的要求：
筆式（迷你型）與便攜式PH酸堿度計一般是檢測人員帶到現(xiàn)場檢測使用。
選擇PH酸堿度計的精度級別是根據(jù)用戶測量所需的精度決定而后根據(jù)用戶方便使用而選擇各式形狀的PH計。
結(jié)束語：
國外PH酸堿度計是上個世紀(jì)初開展研究發(fā)展中國于上個世紀(jì)中葉也開始研究生產(chǎn)近二十年P(guān)H酸堿度計迅猛發(fā)展不管是質(zhì)量與多功能性都可滿足人們的使用的需要。
目前隨著人們對PH的酸堿度計的使用與研究和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展PH酸堿度計的電極與儀器都將有很大的發(fā)展它將以更精確的測量和更方便人們的使用為目標(biāo)不斷發(fā)展。
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