什么是PH計測量？

第一部分

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。

　　(PH計原理與測量方法)

　　H2O+ H2O=H3O+ + OHˉ

　　由于水全氫離子(H3O)的濃度是與氫離子(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”。

　　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(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×H2O KW=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。

　　(PH計原理與測量方法)

　　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陰離子的電解質(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。

　　此二種電極之間的電壓遵循能斯特(NERNST)公式：

　　

　　能斯特公式

　　式中：E—電位

　　E0—電極的標準電壓

　　R—氣體常數(8.31439焦耳/摩爾和℃)

　　T—開(kāi)氏絕對溫度(例：20℃相當于(273.15+20)293.15開(kāi)爾文)

　　F—法拉弟常數(96493庫化/當量)

　　n—被測離子的化合價(jià)(銀=1，氫=1)

　　ln(aMe)—離子活度aMe的對數

　　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，

　　此電位差遵循能斯特公式：

　　

　　能斯特公式

　　將E0、R、T(298.15K即25℃)等數值代入上式既得：

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

　　式中R和F為常數，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/per pH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

　　0 1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14 OH離子

　　14 13 12 11 10 98 7 6 5 4 3 2 1 0 H 離子

　　0 1 2 3 4 5 6 78 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(lái)。

第二部分

1. 在線(xiàn)ph計變送器屏幕出現“E.rr”？

答：PH超出量程范圍�？赡埽褐甘倦姌O接線(xiàn)斷開(kāi)。

2. 在線(xiàn)ph計變送器的數字胡亂跳動(dòng)，與水質(zhì)不符？

答：可能指示參比接線(xiàn)處漏電，嘗試用無(wú)水酒精擦拭接線(xiàn)端子，并保持接線(xiàn)處濕度滿(mǎn)足技術(shù)要求。

3. 在線(xiàn)PH變送器無(wú)控制信號輸出？

答：檢查屏幕是否處在正常模式。

4. 感覺(jué)在線(xiàn)變送器測量值不準？

答：將在線(xiàn)ph計電極取出按說(shuō)明書(shū)清洗并校正，如在ph計校準過(guò)程中無(wú)法校正，請嘗試更換電極。

5. 電極反應較慢？

答：當溫度較低時(shí)，電極內阻增大，反應會(huì )較慢。當球泡被臟物覆蓋, 液接界被臟物堵塞，反應會(huì )變慢，請嘗試清洗電極。

6. 電極放入任何溶液中PH不變？

答：電極球泡已破裂，需更換電極。電極與儀器接線(xiàn)處脫落，請檢查。電極電纜內部斷裂，請更換或送回修理。

7、同一樣品，兩次測量的pH值不一樣？

答：溫度變化或樣品本身發(fā)生了化學(xué)反應，引起了pH值的變化。所以，應盡量保持溫度一致，且避免化學(xué)反應。

8、同一樣品，同時(shí)在兩臺酸度計（ph計）上測量，讀數不一致 ？

答：由于兩臺酸度計（ph計）的校正條件不一樣（如不同時(shí)間做的校正），造成測量值有差異。所以要用同一緩沖液在同一時(shí)間里對酸度計（ph計）進(jìn)行校正，然后再同時(shí)測定。

9、不管ph計電極在那種樣品中，顯示不變？

答：因為電極沒(méi)有真正連接到儀表上。處理方法是首先關(guān)機，然后將電極和儀表重新連接。因為電極是壞的，要及時(shí)更換新的電極。

10、測量不穩定，時(shí)間長(cháng)？

答：因為電極老化�？梢詼y試電極在緩沖液中的響應時(shí)間，若大于1分鐘，需要對電極進(jìn)行活化處理或更換新電極。若測量緩沖液響應時(shí)間很短，但測量樣品不穩定，說(shuō)明電極不適合測量該被測樣品，請根據電極選型指導選擇合適的電極。

11、樣品溫度為10℃，此時(shí)儀表顯示的是10℃還是25℃下的pH值

答：酸度計顯示的是溶液在當前溫度下的pH值；若在10℃測量，儀表顯示的是溶液10℃的值；如果需要得到25℃的pH，必須把溶液溫度升/降溫至25℃，再進(jìn)行測量。酸度計的溫度補償指的是補償溫度對pH電極的影響，但不能將任何溫度下的pH值補償到25℃。