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恒奥德仪解析pH计原理分类别准度

教育装备采购网 2018-09-11 13:22 围观1784次

pH计,是用来测定溶液酸碱度值的仪器。pH计是利用原电池的原理作的,原电池的两个电间的电动势依据能斯定律,既与电的自身属性有关,还与溶液里的氢离子浓度有关。原电池的电动势和氢离子浓度之间存在对应关系,氢离子浓度的负对数即为pH值。pH计是种常见的分析仪器,广泛应用在农业、环保和业等域。土壤pH值是土壤重要的基本性质之。在pH测定过程中应考虑待测溶液温度及离子强度等因素。

原理

什么是pH?pH是拉丁文"Pondus hydrogenii"词的缩写(Pondus=压强、压力hydrogenium=氢),用来量度物质中氢离子的活性。这活性直接关系到水溶液的酸性、中性和碱性。水在化学上是中性的,但不是没有离子,即使化学纯水也有微量被离解:严格地讲,在与水分子水合作用以前,氢核不是以自由态存在。


H2O H2O=H3O OHˉ,由于水合氢离子(H3O)的浓度是与氢离子(H)浓度等同看待,上式可以简化成下述常用的形式:


H2O=H OHˉ


此处正的氢离子,人们在化学中表示为"H离子"或"氢核"。水合氢核表示为"水合氢离子"。负的氢氧根离子称为"氢氧化物离子"。


利用质量作用定律,对于纯水的离解可以找到平衡常数加以表示:


K=H3O×OH----H2O


由于水只有少量被离解,因此水的质量摩尔浓度实际为常数,并且有平衡常数K可求出水的离子积KW。


KW=K×H2O KW= H3O·OH-=10·10=10mol/l(25℃)


也就是说对于升纯水在25℃时存在10摩尔H3O离子和10摩尔OHˉ离子。


在中性溶液中,氢离子H和氢氧根离子OHˉ的浓度都是10mol/l。如:


假如有过量的氢离子H,则溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氢离子H游离的物质。同样,如果使OHˉ离子游离,那么溶液就是碱性的。所以,给出H值就足以表示溶液的性,呈酸性还是碱性,为了免于用此分子浓度负冥数行运算,生物学家泽伦森(Soernsen)在1909年建议将此不便使用的数值用对数代替,并定义为"pH值"。数学上定义pH值为氢离子浓度的常用对数负值。即pH=-log[H]。


因此,pH值是离子浓度以10为底的对数的负数:


改变50m的水的pH值,从pH2到pH3需要500L漂白剂。然而,从pH6到pH7只需要50L的漂白剂。


测量pH值的方法很多,主要有化学分析法、试纸法、电位法。现主要介绍电位法测得pH值。


电位分析法所用的电被称为原电池。原电池是个系统,它的作用是使化学反应能量转成为电能。此电池的电压被称为电动势(EMF)。此电动势(EMF)由二个半电池构成,其中个半电池称作示电,它的电位与定的离子活度有关,如H;另个半电池为参比半电池,通常称作参比电,它般是测量溶液相通,并且与测量仪表相连。


例如,支电由根插在含有银离子的盐溶液中的根银导线制成,在导线和溶液的界面处,由于金属和盐溶液二种物相中银离子的不同活度,形成离子的充电过程,并形成定的电位差。失去电子的银离子溶液。当没有施加外电流行反充电,也就是说没有电流的话,这过程终会达到个平衡。在这种平衡状态下存在的电压被称为半电池电位或电电位。这种(如上所述)由金属和含有此金属离子的溶液组成的电被称为类电。


此电位的测量是相对个电位与盐溶液的成分无关的参比电行的。这种具有立电位的参比电也被称为二电。对于此类电,金属导线都是覆盖层此种金属的微溶性盐(如:Ag/Agcl),并且插入含有此种金属盐阴离子的电解质溶液中。此时半电池电位或电电位的大小取决于此种阴离子的活度。


此二种电之间的电压遵循能斯(NERNST)公式:


式中:E-电位


E0-电的标准电压


R-气体常数(8.31439焦耳/摩尔和℃)


T-开氏对温度(例:20℃相当于(273.15 20)293.15开尔文)


F-法拉常数(96493库化/当量)


n-被测离子的化合价(银=1,氢=1)


ln(aMe)-离子活度aMe的对数


标准氢电是所有电位测量的参比点。标准氢电是根铂丝,用电解的方法镀(涂覆)上氯化铂,并且在四周充入氢气(固定压力为1013hpa)构成的。


将此电浸入在25℃时H3O离子含量为1mol/l溶液中便形成电化学中所有电位测量所参照的半电池电位或电电位。其中氢电作为参比在实践中很难实现,于是使用二类电做为参比电。其中常用的便是银/氯化银电。该电通过溶解的AgCl对于氯离子浓度的变化起反应。


此参比电的电电位通过饱和的kcl贮池(如:3mol/l kcl)来实现恒定。液体或凝胶形式的电解质溶液通过隔膜与被测溶液相连通。


利用上述的电组合-银电和Ag/AgCl参比电可以测量胶片冲洗液中的银离子含量。也可以将银电换成铂或金电行氧化还原电位的测量。例如:某种金属离子的氧化阶段。


常用的pH示电是玻璃电。它是支端吹成泡状的对于pH敏感的玻璃膜的玻璃。管内充填有含饱和AgCl的3mol/l kcl缓冲溶液,pH值为7。存在于玻璃膜二面的反映pH值的电位差用Ag/AgCl传导系统,


如二电,导出。pH复合电和pH固态电,


此电位差遵循能斯公式:


将E0、R、T(298.15K即25℃)等数值代入上式既得:


E=59.16mv/25℃ per pH (式中已将ln(H3O)转化为pH)


式中R和F为常数,n为化合价,每种离子都有其固定的值。对于氢离子来讲n=1。温度"T"做为变量,在能斯公式中起很大作用。随着温度的上升,电位值将随之增大。


对于每1℃的温度变大,将引起电位0.2mv/per pH变化。用pH值来表示则每1℃1pH变化0.0033pH值。


这也就是说:对于20~30℃之间和7pH左右的测量不需要对温度变化行补偿;而对于温度>30℃或<20℃和pH值>8或6的应用场合则须对温度变化行补偿。


业pH计,是种常用的业仪器设备,主要用来密测量液体介质的酸碱度值。以及安装、清洗、抗干扰等等问题的考虑


分类

人们根据生产与生活的需要,科学地研究生产了许多型号的酸度计:


按测量度


可分0.2、0.1、0.01或更度。


按仪器体积


分为笔式(迷你型)、便携式、台式还有在线连续监控测量的在线式。


根据使用的要求


笔式(迷你型)与便携式pH酸碱度计般是检测人员带到现场检测使用。


选择pH酸碱度计的度别是根据用户测量所需的度决定,而后根据用户方便使用而选择各式形状的pH计。


◆按便携性分的,分为:便携式pH计,台式pH计和笔式pH计。


◆按用途分为:实验室用pH计,业在线pH计等。


◆按程度分为经济型pH计,智能型pH计,密型pH计或分为针式pH计,数显式pH计。


◆笔式pH计,般制成单量程,测量范围狭窄,为用简便仪器。


便携式和台式pH计测量范围较广,常用仪器,不同点是便携式采用直流供电,可携带到现场。实验室pH计测量范围广、能多、测量度。


业用pH计的点是要求稳定性好、作可靠,有定的测量度、环境适应能力强、抗干扰能力强,具有模拟里量输出、数字通讯、上下限报警和控制能等。

别准度

酸度计的别和仪器的准确度是不同的两个概念,仪器别与其准确度并不致。酸度计的别是按其示器(简称电计)的分度值(分辨率或小显示值)表示的,例如:分度为0.1pH的仪器称为0.1仪器;小显示值为0.001pH的仪器称为0.001仪器,等等。而仪器的准确度是电计与电配套测试标准溶液的综合误差,它不仅与电计有关,而且与玻璃电和参比电更有关。从实际使用要求出发,电计的分度值为0.1~0.001pH,如果有要的话,依当前的科水平,可以制作出更密的电计。但是,由于结构和制等方面的原因,常用电的性能还不能达到理想的程度。


玻璃电的重复性误差和参比电的溶液接界电势稳定性都不优于0.01pH。因此,电计的分辨率再,仪器测试准确度都难优于0.01pH。但是,选择分辨率的仪器可以大限度地克服或消除电计对测试误差的影响。由于要使电计达到满意的度已不成问题,所以都在仪器的智能化,人性化,可靠性,操作简便以及性价比等方面不断新和提。酸度计的别与其测试准确度的关系在酸度计家计量检定规程(JJG119-84)中规定如下:


PH酸度计仪器的别0.2、0.1、0.02、0.01、0.001


分度值或小显示值(pH)0.2、0.1、0.02、0.01、0.001


电计示值误差(pH)±0.1、±0.05、±0.01、±0.01、±0.002


配套测试示值总误差(pH)±0.2、±0.1、±0.02、±0.02、±0.01


注:配套测试时的测试范围应控制在pH3~pH10内。从上表可以看出,对于0.01以下的酸度计,示值总误差数值等于其别,对于0.01的酸度计,示值总误差为0.02pH,对于0.001酸度计,其示值总误差也只能达到±0.01pH,而且此时需要使用pH标准物质才能得到保证。(注意:pH家标准物质分和二两种,般酸度计常用的是二pH标准物质

测量要点

在行操作前,应检查电的好性。甘汞电。由于复合电使用广泛,以下主要讨论复合电。


实验室使用的复合电主要有封闭型和非封闭型两种,封闭型少,主要是以外企业生产为主。复合电使用前检查玻璃泡是否有裂痕、破碎,如果没有,用pH缓冲溶液行两点标定时,定位与斜率按钮均可调节到对应的pH值时,般认为可以使用,否则可按使用说明书行电活化处理。活化方法是在4%氟化氢溶液中浸3~5 s左右,取出用蒸馏水行冲洗,然后在0.1mol/L的盐酸溶液中浸泡数小时后,用蒸馏水冲洗干净,再行标定,即用pH值为6.86(25℃)的缓冲溶液行定位,调节好后意选择另种pH缓冲溶液行斜率调节,如无法调节到,则需更换电。非封闭型复合电,里面要加外参比溶液即3 mol/L氯化钾溶液,所以须检查电里的氯化钾溶液是否在1/3以上,如果不到,需添加3 mol/L氯化钾溶液。如果氯化钾溶液出小孔位置,则把多余的氯化钾溶液甩掉,使溶液位于小孔下面,并检查溶液中是否有气泡,如有气泡要轻弹电,把气泡赶出。


在使用过程中应把电上面的橡皮剥下,使小孔露在外面,否则在行分析时,会产生负压,导致氯化钾溶液不能顺利通过玻璃泡与被测溶液行离子交换,会使测量数据不准确。测量成后应把橡皮复原,封住小孔。电经蒸馏水清洗后,应浸泡在3 mol/L氯化钾溶液中,以保持电泡的湿润,如果电使用前发现保护液已流失,则应在3 mol/L氯化钾溶液中浸泡数小时,以使电达到好的测量状态。在实际使用时,发现有的分析人员把复合电当作玻璃电来处理,放在蒸馏水中长时间浸泡,这是不正确的,这会使复合电内的氯化钾溶液浓度大大降低,导致在测量时电反应不灵敏,终导致测量数据不准确,因此不应把复合电长时间浸泡在蒸馏水中。

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