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　　北京恒奧德儀器解析pH計原理以及分類
 

　　?原理
 

　　什么是pH？pH是拉丁文"Pondus hydrogenii"一詞的縮寫(Pondus=壓強、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，因此水的質(zhì)量摩爾濃度實際為一常數(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-=10·10=10mol/l(25℃)
 

　　也就是說對于一升純水在25℃時存在10摩爾H3O離子和10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10mol/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冥指數(shù)進行運算，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)負值。即pH=-log[H]。
 

　　因此，pH值是離子濃度以10為底的對數(shù)的負數(shù)：
 

　　改變50m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?，F(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指示電極，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溶液。當(dāng)沒有施加外電流進行反充電，也就是說沒有電流的話，這一過程終會達到一個平衡。
 

　　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陰離子的電解質(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：
 

　　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-開氏溫度(例:20℃相當(dāng)于(273.15 20)293.15開爾文)
 

　　F-法拉第常數(shù)(96493庫化/當(dāng)量)
 

　　n-被測離子的化合價(銀=1，氫=1)
 

　　ln(aMe)-離子活度aMe的對數(shù)
 

　　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。其中氫電極作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行氧化還原電位的測量。例如：某種金屬離子的氧化階段。
 

　　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，
 

　　此電位差遵循能斯特公式：
 

　　將E0、R、T(298.15K即25℃)等數(shù)值代入上式既得：
 

　　E=59.16mv/25℃ per pH (式中已將ln(H3O)轉(zhuǎn)化為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