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　　恒奧德新款pH計原理以及測量要點
 

　　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)，用來量度物質中氫離子的活性。這一活性直接關系到水溶液的酸性、中性和堿性。水在化學上是中性的，但不是沒有離子，即使化學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。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冪指數(shù)進行運算，生物學家澤倫森(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)，它的作用是使化學反應能量轉成為電能。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，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線制成，在導線和溶液的界面處，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。當沒有施加外電流進行反充電，也就是說沒有電流的話，。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。
 

　　此電位的測量是相對一個電位與鹽溶液的成分無關的參比電極進行的。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-電極的標準電壓
 

　　R-氣體常數(shù)(8.31439焦耳/摩爾和℃)
 

　　T-開氏溫度(例:20℃相當于(273.15 20)293.15開爾文)
 

　　F-法拉第常數(shù)(96493庫化/當量)
 

　　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，并且在四周充入氫氣(固定壓力為1013hpa)構成的。
 

　　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。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。
 

　　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傳導系統(tǒng)，
 

　　如第二電極，導出。pH復合電極和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。
 

　　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行補償;而對于溫度>30℃或<20℃和pH值>8或6的應用場合則對溫度變化進行補償。
 

　　工業(yè)pH計，是一種常用的工業(yè)儀器設備，主要用來測量液體介質的酸堿度值。以及安裝、清洗、抗干擾等等問題的考慮
 

　　測量要點
 

　　在進行操作前，應首先檢查電極的完好性。甘汞電極。由于復合電極使用比較廣泛，以下主要討論復合電極。
 

　　實驗室使用的復合電極主要有全封閉型和非封閉型兩種，全封閉型比較少，主要是以國外企業(yè)為主。復合電極使用前首先檢查玻璃球泡是否有裂痕、破碎，如果沒有，用pH緩沖溶液進行兩點標定時，定位與斜率按鈕均可調節(jié)到對應的pH值時，一般認為可以使用，否則可按使用說明書進行電極活化處理?；罨椒ㄊ窃?%氟化氫溶液中浸3~5 s左右，取出用蒸餾水進行沖洗，然后在0.1mol/L的鹽酸溶液中浸泡數(shù)小時后，用蒸餾水沖洗干凈，再進行標定，即用pH值為6.86(25℃)的緩沖溶液進行定位，調節(jié)好后任意選擇另一種pH緩沖溶液進行斜率調節(jié)，如無法調節(jié)到，則需更換電極。非封閉型復合電極，里面要加外參比溶液即3 mol/L氯化鉀溶液，所以檢查電極里的氯化鉀溶液是否在1/3以上，如果不到，需添加3 mol/L氯化鉀溶液。如果氯化鉀溶液超出小孔位置，則把多余的氯化鉀溶液甩掉，使溶液位于小孔下面，并檢查溶液中是否有氣泡，如有氣泡要輕彈電極，把氣泡趕出。
 

　　在使用過程中應把電極上面的橡皮剝下，使小孔露在外面，否則在進行分析時，會產生負壓，導致氯化鉀溶液不能順利通過玻璃球泡與被測溶液進行離子交換，會使測量數(shù)據(jù)不準確。測量完成后應把橡皮復原，封住小孔。電極經蒸餾水清洗后，應浸泡在3 mol/L氯化鉀溶液中，以保持電極球泡的濕潤，如果電極使用前發(fā)現(xiàn)保護液已流失，則應在3 mol/L氯化鉀溶液中浸泡數(shù)小時，，放在蒸餾水中長時間浸泡，這是不正確的，這會使復合電極內的氯化鉀溶液濃度大大降低，導致在測量時電極反應不靈敏，終導致測量數(shù)據(jù)不準確，因此不應把復合電極長時間浸泡在蒸餾水中