PH酸堿度計的定義、原理與測量方法及分類(lèi)

　　國外PH酸堿度計是上個(gè)世紀初開(kāi)展研究發(fā)展，中國于上個(gè)世紀中葉也開(kāi)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(mǎn)足人們的使用的需要。

　　目前隨著(zhù)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，不斷發(fā)展。

　　什么是PH?PH是拉丁文“Pondushydrogenii”一詞的縮寫(xiě)(Pondus=壓強、壓力hydrogenium=氫)，用來(lái)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(méi)有離子，即使化學(xué)純水也有微量被離解：嚴格地講，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(jiǎn)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(chēng)為“氫氧化物離子”。

　　由于水只有極少量被離解，因此水的克分子濃度實(shí)際為一常數，并且有平衡常數K可求出水的離子積KW。

　　KW=K×H2OKW=H3O ·OH-=10-7·10-7=10mol/l(25℃)

　　也就是說(shuō)對于一升純水在25℃時(shí)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(guò)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冥指數進(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值用對數代替，并定義為“pH值”。數學(xué)上定義pH值為氫離子濃度的常用對數負值。即

　　因此，PH值是離子濃度以10為底的對數的負數：

　　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�，F主要介紹電位法測得PH值。

　　電位分析法所用的電極被稱(chēng)為原電池。原電池是一個(gè)系統，它的作用是使化學(xué)反應能量轉成為電能。此電池的電壓被稱(chēng)為電動(dòng)勢(EMF)。此電動(dòng)勢(EMF)由二個(gè)半電池構成，其中一個(gè)半電池稱(chēng)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(gè)半電池為參比半電池，通常稱(chēng)作參比電極，它一般是測量溶液相通，并且與測量?jì)x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(xiàn)制成，在導線(xiàn)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(guò)程，并形成一定的電位差。失去電子的銀離子進(jìn)溶液。當沒(méi)有施加外電流進(jìn)行反充電，也就是說(shuō)沒(méi)有電流的話(huà)，這一過(guò)程最終會(huì )達到一個(gè)平衡。在這種平衡狀態(tài)下存在的電壓被稱(chēng)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(chēng)為第一類(lèi)電極。

　　此電位的測量是相對一個(gè)電位與鹽溶液的成分無(wú)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(chēng)為第二電極。對于此類(lèi)電極，金屬導線(xiàn)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(shí)半電池電位或電極電位的大小取決于此種陰離子的活度。

　　標準氫電極是所有電位測量的參比點(diǎn)。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(shí)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(shí)踐中很難實(shí)現，于是使用第二類(lèi)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(guò)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(guò)飽和的kcl貯池(如：3mol/lkcl)來(lái)實(shí)現恒定。液體或凝膠形式的電解質(zhì)溶液通過(guò)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。管內充填有含飽和AgCl的3mol/lkcl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，

　　如第二電極，導出。PH復合電極和PH固態(tài)電極，

　　式中R和F為常數，n為化合價(jià)，每種離子都有其固定的值。對于氫離子來(lái)講n=1。溫度“T”做為變量，在能斯特公式中起很大作用。隨著(zhù)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/perpH變化。用pH值來(lái)表示則每1℃第1pH變化0.0033pH值。

　　這也就是說(shuō)：對于20～30℃之間和7pH左右的測量不需要對溫度變化進(jìn)行補償;而對于溫度>30℃或<20℃和pH值>8pH或6pH的應用場(chǎng)合則必須對溫度變化進(jìn)行補償。

　　pH值一電位一離子濃度之間的關(guān)系

　　01234567891011121314OH離子

　　14131211109876543210H離子

　　01234567891011121314pH

　　414.4•••••••••• .59.20-59.2••••••••••••••••-414.4mv/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(lái)

　　人們根據生產(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(xiàn)連續監控測量的在線(xiàn)式。

　　根據使用的要求：

　　筆式(迷你型)與便攜式PH酸堿度計一般是檢測人員帶到現場(chǎng)檢測使用。

　　選擇PH酸堿度計的精度級別是根據用戶(hù)測量所需的精度決定，而后根據用戶(hù)方便使用而選擇各式形狀的PH計。