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【理化】pH计的原理、使用及性能校准

发布时间:2021-11-04      点击次数:1755
  简介
  pH计最一种常用的仪器设备,主要用来精密测量液体介质的酸碱度值,配上相应的离子选择电极也可以测量离子电极电位mV值、pH计广泛应用于工业、农业、科研、环保等领域,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。
  按测量精度可分为0.2级、0.1级、0.01级或更高精度。
  按仪器体积可分为笔式(迷你型)、便携式、台式,还有连续监控测量的在线式。
  当前我国的研制水平与水平还有一段距离,其中较为先进的是瑞士的梅特勒-托利多型pH计,其经济方便,精度达到±0.01pH,可自动进行温度补偿。
  pH计的原理及结构组成
  1.pH计
  pH(酸度)计是以电位法测定溶液中H+活度的仪器。pH计所测量的值是用来表示溶液酸碱度的一种方法,它用溶液中的H+离子浓度的负对数来表示,即:pH=ーlg[H+]。
  我们所使用的pH计,都是由电计和电极两个部分组成。在实际测量中,电极浸入待测溶液中,将溶液中的H+离子浓度转换成毫伏级电压讯号,输入电计。电计将该信号放大,并经过对数转换为pH,然后由毫伏级显示仪表显示出pH。
  pH计以玻璃电极为测量电极,甘汞电极为参比电极。氢离子浓度变化所引起的玻璃电极电势的变化,造成了其与甘汞电极之间电势的变化,应符合式(2-6)
  E=E0-2.3026RT/F…………(2-6)
  式中:
  E一电动势,mV;
  E0一电极标准电动势,mV;
  R一摩尔气体常数;
  T一开氏绝对温度;
  F一法拉第常数。
  由式(2-6)可以看出测量pH时温度也是一个重要的响因素,在测量时应该注意温度的变化,并把它考虑进去。目前pH常用的电极多为复合电极,已将玻璃电极与甘汞电极复合在一起。
  2.pH电极
  电极是组成pH计的部分。pH测量就是通过测量电极、参比电极组成一化学电池来完成的。
  (1)pH测量电极又叫pH指示电极,对溶液中氢离子活度有响应,电极电位随之变化。现代pH计几乎都是用玻璃电极作为测量电极的。
  (2)参比电极(惰性电极),对溶液中氢离子活度无响应。在pH测量中,它作为电位恒定的半电池与pH测量电极组成一化学电池,提供并保持固定的参比电势。
  (3)复合电极是将pH测量电极和参比电极组合在一起的电极。复合电极不受氧化性和还原性物质的影响,平衡速度较快,使用比较广泛,目前pH测量使用的基本上都是此类电极。不管玻璃指示电极还是玻璃复合电极,都是薄膜电极,此膜电势与被测溶液中的氢离子活度呈能斯特关系,体现薄膜电极的特有性能,这些性能受电极本身及使用条件的影响,并对测量结果产生作用。
  3.pH计的使用方法
  (1)打开后盖,装入电池一块
  (2)装上复合玻璃电极。
  注意事项:
  ①复合电极下端是易碎玻璃泡,使用和存放时千万要注意,防止与其他物品相碰。
  ②复合电极内有饱和溶液作为传导介质,如干涸就会导致结果测定不准,因此必须随时观察有无液体,量不足时应注满。
  ③复合电极仪器接口决不允许有污染,包括水珠。
  ④复合电极连线不能强制性拉动,防止线路接头断裂。
  (3)打开电源开关后,再打到pH测量挡。
  (4)用温度计测量pH6.86标准液的温度,然后将pH计温度补偿旋钮调到所测的温度值下。
  (5)将复合电极用去离子水冲洗干净,并用滤纸擦干。
  (6)将pH6.86标准溶液2mL~5mL倒入已用水洗净并擦干的塑料烧杯中,洗涤烧杯和复合电极后倒掉,再加入20mLpH6.86标准溶液于塑料烧杯中,将复合电极插入于溶液中,用仪器定位旋钮,调至读数6.86直到稳定。
  注意事项:必须用pH6.86标准调定位。调完后,决不能再动定位旋钮。
  (7)将复合电极用去离子水洗净,用滤纸擦干,用温度计测量pH4.00溶液的温度,并将仪器温度补偿旋钮调到所测的温度值下。
  (8)将pH4.00标准溶液2mL~5mL倒入另一个塑料烧杯中,洗涤烧杯和复合电极后倒掉,再加入20mLpH4.00标准溶液,将复合电极插入溶液中,读数稳定后,用斜率旋钮调至pH4.00。
  注意事项:斜率钮调完后,决不能再动。
  (9)用温度计测定待测液温度,并将仪器温度补偿调至所测温度。
  (10)将复合电极插入待测溶液中,读取pH,即为待测液pH。
  注意事项:
  ①测定时温度不能过高,如超过40℃测定结果不准,需用烧杯取出稍冷。
  ②复合电极应避免和有机物接触,一旦接触或沾污后要用无水乙醇清洗干净。
  4.pH计的性能校验
  尽管PH计种类很多、但其校准方法均采用两点校准法,即选择两种标准缓冲液:第一种是pH7标准缓冲液,第二种是pH9标准缓冲液或pH4标准缓冲液。
  先用pH7标准缓冲液对电计进行定位,再根据待测溶液的酸碱性选择第二种标准缓冲液。如果待测溶液呈酸性,则选用pH4标准缓冲液;如果待测溶液呈碱性,则选用pH9标准缓冲液。若是手动调节的pH计,应在两种标准缓冲液之间反复操作几次,直至不需再调节其零点和定位(斜率)旋钮,pH计即可准确显示两种标准缓冲液pH时则表示校准过程结束。此后,在测量过程中零点和定位旋钮就不应再动。若是智能式pH计,则不需反复调节,因为其内部已贮存几种标准缓冲液的pH可供选择、而且可以自动识别并自动校准。但要注意标准缓冲液的选择及其配制的准确性。智能式0.01级pH计一般内存有3种~5种标准缓冲液。
  其次,在校准前应特别注意待测溶液的温度。以便正确选择标准缓冲液,并调节电计面板上的温度补偿旋钮,使其与待测溶液的温度一致。不同的温度下,标准缓冲溶液的pH是不一样的(见表2-3)。
  校准工作结束后,对使用频繁的pH计一般在48h内不需再次定标。如遇到下列情况之一,则需要重新标定:
  (1)溶液温度与定标温度有较大的差异。
  (2)电极在空气中暴露过久,如30min以上。
  (3)定位或斜率调节器被误动。
  (4)测量过酸(pH<2)或过碱(ph>12)的溶液后。
  (5)换过电极后
  (6)当所测溶液的pH不在两点定标时所选溶液的中间,且距pH7又较远时。
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