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"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平衡常數加以表示:

　　K=H3O×OH----H2O

　　由于水只有少量被離解，因此水的質量摩爾濃度實際為常數，并且有平衡常數K可求出水的離子積KW。

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

　　也就是說對于升純水在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性，呈酸性還是堿性，為了免于用此分子濃度負冪數行運算，生物學家澤倫森(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"。數學上定義pH值為氫離子濃度的常用對數負值。即pH=-log[H]。

　　因此，pH值是離子濃度以10為底的對數的負數:

　　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。現主要介紹電位法測得pH值。

　　電位分析法所用的電被稱為原電池。原電池是個系統，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，其中個半電池稱作示電，它的電位與定的離子活度有關，如H;另個半電池為參比半電池，通常稱作參比電，它般是測量溶液相通，并且與測量儀表相連。

　　例如，支電由根插在含有銀離子的鹽溶液中的根銀導線制成，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，并形成定的電位差。失去電子的銀離子溶液。當沒有施加外電流行反充電，也就是說沒有電流的話，這過程終會達到個平衡。在這種平衡狀態下存在的電壓被稱為半電池電位或電電位。這種(如上所述)由金屬和含有此金屬離子的溶液組成的電被稱為類電。

　　此電位的測量是相對個電位與鹽溶液的成分無關的參比電行的。這種具有立電位的參比電也被稱為二電。對于此類電，金屬導線都是覆蓋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電位的大小取決于此種陰離子的活度。

　　此二種電之間的電壓遵循能斯(NERNST)公式:

　　式中:E-電位

　　E0-電的標準電壓

　　R-氣體常數(8.31439焦耳/摩爾和℃)

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

　　F-法拉常數(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

　　標準氫電是所有電位測量的參比點。標準氫電是根鉑絲，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電位。其中氫電作為參比電在實踐中很難實現，于是使用二類電做為參比電。其中常用的便是銀/氯化銀電。該電通過溶解的AgCl對于氯離子濃度的變化起反應。

　　此參比電的電電位通過飽和的kcl貯池(如:3mol/l kcl)來實現恒定。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。

　　利用上述的電組合-銀電和Ag/AgCl參比電可以測量膠片沖洗液中的銀離子含量。也可以將銀電換成鉑或金電行氧化還原電位的測量。例如:某種金屬離子的氧化階段。

　　常用的pH示電是玻璃電。它是支端吹成泡狀的對于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，

　　如二電，導出。pH復合電和pH固態電，

　　此電位差遵循能斯公式:

　　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，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℃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行補償;而對于溫度>30℃或<20℃和pH值>8或6的應用場合則須對溫度變化行補償。

　　業pH計，是種常用的業儀器設備，主要用來密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

　　在行操作前，應檢查電的好性。甘汞電。由于復合電使用廣泛，以下主要討論復合電。

　　實驗室使用的復合電主要有封閉型和非封閉型兩種，封閉型少，主要是以外企業生產為主。復合電使用前檢查玻璃泡是否有裂痕、破碎，如果沒有，用pH緩沖溶液行兩點標定時，定位與斜率按鈕均可調節到對應的pH值時，般認為可以使用，否則可按使用說明書行電活化處理。活化方法是在4%*中浸3~5 s左右，取出用蒸餾水行沖洗，然后在0.1mol/L的鹽酸溶液中浸泡數小時后，用蒸餾水沖洗干凈，再行標定，即用pH值為6.86(25℃)的緩沖溶液行定位，調節好后意選擇另種pH緩沖溶液行斜率調節，如無法調節到，則需更換電。非封閉型復合電，