PH电极原理.doc

关于pH的基础知识和pH电极的使用和维护pH的概念氢离子浓度指数的数值俗称“pH值”。表示溶液酸性或碱性程度的数值，即所含氢离子浓度的常用对数的负值。如果某溶液所含氢离子的浓度为每升0.00001克，它的氢离子浓度指数就是5。氢离子浓度指数一般在0-14之间，当它为7时溶液呈中性，小于7时呈酸性，值越小，酸性越强；大于7时呈碱性，值越大，碱性越强。pH是1909年由丹麦生物化学家Soren Peter Lauritz Sorensen提出。p来自德语Potenz(means potency, power)，意思是浓度、力量，H（hydrogen ion）代表氢离子(H+)；有时候pH也被写为拉丁文形式的Pondus hydrogenii（Pondus=压强、压力，hydrogenii=氢）。pH是溶液中氢离子活度的一种标度，也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准。pH值越趋向于0表示溶液酸性越强，反之，越趋向于14表示溶液碱性越强，在常温下，pH=7的溶液为中性溶液。 水的电离和水的离子积常数水的电离为了便于理解和说明pH，首先阐述一下水的电离和水的离子积常数。水的电离H3O+ + OH-，简写为H2OH+ + OH-，是一个吸热过程。水的电离受温度影响，加酸加碱都能抑制水的电离。水的电离是水分子与水分子之间的相互作用而引起的，因此极难发生。实验测得，25时1L纯水中只有110(-7)mol的水分子发生电离。由水分子电离出的H+和OH-数目在任何情况下总相等。25时，纯水中H+=OH-=110(-7)mol/L.水是一种极弱的电解质，可以发生微弱的电离，其电离方程式为：H2O+H2O水的离子积常数H+OH-=K(W)，其中K(W)称作水的离子积常数,简称水的离子积;H+和OH-是分别是指整个溶液中氢离子和氢氧根离子的总物质的量浓度.K(W)只随温度变化而变化,是温度常数.如25,H+=OH-=110(-7)mol/L,K(W)=110(-14);100时,H+=OH-=110(-6)mol/L,K(W)=110(-12). 溶液的酸碱性和pH溶液酸性、中性或碱性的判断依据是：H+和OH-的浓度的相对大小在任意温度时溶液H+OH-时呈酸性，H+=OH-时呈中性，H+OH-时呈碱性但当溶液中H+、OH-较小时，直接用H+、OH-的大小关系表示溶液酸碱性强弱就显得很不方便为了免于用氢离子浓度负冥指数进行计算的繁琐，丹麦生物化学家泽伦森（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。数学上定义pH为氢离子浓度的常用对数负值，即：pH=-lgH+.在标准温度(25)和压力下，pH=7的水溶液（如：纯水）为中性，这是因为水在标准温度和压力下自然电离出的氢离子和氢氧根离子浓度的乘积（水的离子积常数）始终是110(-14)，且两种离子的浓度都是110(-7)mol/L。pH值小说明H+的浓度大于OH-的浓度，故溶液酸性强，而pH值增大则说明H+的浓度小于OH-的浓度，故溶液碱性强。所以pH值愈小，溶液的酸性愈强；pH愈大，溶液的碱性也就愈强。通常pH值是一个介于0和14之间的数,当pH7的时候,溶液呈碱性,当pH=7的时候,溶液呈中性.但在非水溶液或非标准温度和压力的条件下，pH=7可能并不代表溶液呈中性，这需要通过计算该溶剂在这种条件下的电离常数来决定pH为中性的值。如373K（100）的温度下，pH=6为中性溶液。 pH的计算在pH的计算中H+指的是溶液中氢离子的物质的量浓度（有时也被写为H3O+，水合氢离子的物质的量浓度），单位为mol/L(摩尔/升)，在稀溶液中，氢离子活度约等于氢离子的浓度，可以用氢离子浓度来进行近似计算。 pH的测量有很多方法来测量溶液的pH值：在待测溶液中加入pH指示剂，不同的指示剂根据不同的pH值会变化颜色，根据指示剂的研究就可以确定pH的范围。滴定时，可以作精确的pH标准2使用pH计pH计是一种测量溶液pH值的仪器，它通过pH选择电极（如玻璃电极）来测量出溶液的pH。pH计可以精确到小数点后两位至三位此外还有许多其他更为先进更为精确的pH值测算方法和手段 pH在实际生活中的应用由pH的定义可知，pH是衡量溶液酸碱性的尺度，在很多方面需要控制溶液的酸碱，这些地方都需要知道溶液的pH：医学上：人体血液的pH值通常在7.35-7.45之间，如果发生波动，就是病理现象。唾液的pH值也被用于判断病情。如夏季蚊虫叮咬会分泌出甲酸（蚁酸），人感到痒，是因为此时pH低于7显酸性可采用肥皂水、牙膏来增加pH值可以使人减轻痛痒感。化学和化工上：很多化学反应需要在特定的pH下进行，否则得不到所期望的产物。农业上：很多植物有喜酸性土壤或碱性土壤的习性，如茶的种植。控制土壤的pH可以使种植的植物生长的更好。 工业应用上怎么得到液体的pH值呢，现在测量pH的仪表有很多，比如笔式pH计（pHTestr30），在线pH计（pH800），都可以随时精确的测量出PH值。一些常见物质的pH值物质pH盐酸(10 mol/L)-1.0铅酸蓄电池的酸液1.0盐酸(0.1 mol/L)1胃酸2.0柠檬汁2.4可乐2.5食醋2.9橙汁3.5啤酒4.5咖啡5.0茶5.5酸雨 5.6癌症病人的唾液4.5-5.7牛奶6.5纯水溶液, 氯化钠7.0健康人的唾液6.5-7.4血液汁,苹果7.34 - 7.45海水8.0洗手皂9.0 - 10.0家用氨水除垢剂11.5漂白水12.5家用氢氧化钠13.5氢氧化钠(1 mol/L)14PH缓冲液主要分为2种标准：NIST和USANIST对应的是（4.01；6.86；9.18）USA对应的是（4.01；7.00；10.01）这2个标准在实验室和在线pH计中都可以根据客户使用要求进行选择。pH电极在使用前1定要标定，因为电极法pH测量就是将未知溶液与已知pHs值的标准溶液在测量电池中作比较测定，这是电极法pH测量的操作定义所决定的。pH玻璃电极的检查维护和使用方法一、PH玻璃电极的检查：1、把PH玻璃电极放入pH7.00的标准缓冲溶液中，毫伏读数应为-30到+30毫伏之间；2、放入pH4.00的缓冲溶液中，读数应与pH7.00的标准缓冲溶液中的毫伏差应在160到180毫伏之间；如符合以上要求，证明电极没问题，可以使用，反之需跟换。3、以玻璃电极为指示电极，甘汞电极为参比电极时，在25摄氏度pH值变化1个单位，其电位差的变化为59毫伏。、如果读数与上述范围不符，应进行清洗或跟换；二、PH玻璃电极的使用1、使用新PH电极要进行调整，放在蒸馏水中浸泡一段时间，以便形成良好的水合层；浸泡时间与玻璃组成、薄膜厚度有关，一般新制电极及玻璃电导率低、薄膜较厚的电极浸泡时间以24小时为宜；反之浸泡时间可短些。玻璃电极，因玻璃质量与制作工艺的提高，使用时只需在3mol的KCL溶液或去离子水中浸泡210小时即可；2、测定某溶液之后，要认真冲洗，并吸干水珠，再测定下一个样品；3、测定时玻璃电极的球泡应全部浸在溶液中，使它稍高于甘汞电极的陶瓷芯端。4、测定时应用磁力搅拌器以适宜的速度搅拌，搅拌的速度不宜过快，否则易产生气泡附在电极上，造成读数不稳；5、测定有油污的样品，特别是有浮油的样品，用后要用丙酮清洗干净，之后需用1.2mol/L盐酸冲洗，再用蒸馏水冲洗，在蒸馏水中浸泡平衡一昼夜再使用；6、测定浑浊液之后要及时用蒸馏水冲洗干净；7、测定乳化状物的溶液后，要及时用洗涤剂和蒸馏水清洗电极，然后浸泡在蒸馏水中；8、玻璃电极的内电极与球泡之间不能存在气泡，若有气泡可轻甩点即让气泡逸出。三、PH玻璃电极的维护：、如果电极上粘有油污，可用浸有丙酮的棉花轻擦。然后放入0.1mol/LHCI溶液中浸洗12小时，再用蒸馏水反复冲洗；、平时常用的pH电极，短期内放在pH4.00缓冲溶液中即可。长期存放，应放在电极保护液中并套上橡皮帽放在盒中。进口pH电极的使用、保养与维护1. 使用前的准备1.1 本说明适用于上海归真仪器设备有限公司销售的在线pH电极。1.2 打开包装前请检查包装是否有损坏。如果外包装已破损，请不要继续打开包装物，立即与运输部门和归真公司联系，运输方代表到场后共同打开包装检验电极是否损坏，建议拍照取证。1.3 如外包装完好但电极损坏请立即和归真公司联系。1.4 使用前请仔细阅读电极的使用说明书。如果电极的隔膜有硅胶覆盖，在使用前用电极附带的小刀小心的将硅胶刮掉，方向应从前向后，以免刮坏敏感膜。注意应将隔膜上的硅胶全部刮掉（直到刀尖碰到隔膜上的多孔陶瓷）。1.5 观察pH电极敏感膜球泡内是否有液体，如没有充满液体或有气泡应轻轻甩动电极使球泡内充满液体，没有气泡。 1.6 电极使用前可先在酸性缓冲液（pH4.00）中浸泡数分钟，然后在中性缓冲液（pH6.86或7.00等）中浸泡数分钟。然后再开始校准。 2. 电极校准时的注意事项2.1 校准时请注意采用新鲜的缓冲液。如使用由归真公司提供的缓冲液，当缓冲液褪色后即失效，不可使用。其余缓冲液请参照具体使用说明。2.2 电极在缓冲液中放置1分钟再进行后续操作。2.3 注意在变送器中选择正确的缓冲液系列，参见仪表使用说明书。2.4 冲洗电极后只能用柔软的纸巾吸干水分，切勿摩擦pH敏感膜。2.5 电极的校准周期根据不同的使用环境和精度要求而定，在保证精度的前提下确定适当的校准周期。3. pH电极的日常维护保养3.1 一般性污染：用水、0.1mol/lNaOH或0.1mol/lHCl清洗电极数分钟。3.2 油脂或有机物污染：用丙酮或乙醇清洗电极数秒钟。3.3 硫化物污染（隔膜发黑）：（见5所附使用说明）。3.4 蛋白质污染（隔膜发黄）：（见5所附使用说明）。3.5 电极的再生：（见5所附使用说明）。再生只能有限的延长电极的寿命。注：当被测介质对电极有硫化物污染或蛋白质污染时，应及时处理。4. pH电极的保存4.1 电极较长时间不用时应按说明书要求保存在合适的液体中。4.2 电极不能长期干放，不能在表面附有干燥介质时贮存电极。干放的电极应先放在合适的保存液中活化后才能使用。4.3 电极不可放在蒸馏水中保存。5. 电极处理液使用说明5.1 电极清洗液胃液素/HCL用来去除蛋白质污染（隔膜发黄）。用法：将电极头部放入溶液中，确保隔膜浸没在溶液中（至少1个小时）。然后用蒸馏水冲洗，重新校准。5.2 隔膜清洗液硫脲/HCL用来清洗发黑的隔膜，它是由含硫溶液引起的。使用方法：将电极头部浸泡在溶液中（隔膜应没入溶液中），直到隔膜无色（至少1小时），然后浸泡在3M的KCL中过夜，完全冲洗，重新校准后可使用。5.3 电极再生液敏感膜向下，手持电极，把电极再生液滴在敏感膜上，沿轴线不断旋转电极，建议保持3分钟左右，然后立即用去离子水彻底冲洗电极并将电极贮存在电极使用说明书指定的保存液中12小时。重新校准后使用。pH计仪表故障分析排除在线pH控制变送器校正故障诊断基本现象：电极在测量pH值时显数值无波动；或进行校正时pH=7.00可以调整到位，pH=4.01无法调整到位，一般下调至pH56之间即不可继续下调。一、接线盒受潮打开接线盒盖，检查盒内是否有积水或受潮，确保盒内干燥，并检查接线盒各部位的密封性能到位，再进行校正OK，否则参考步骤二。二、电极缆线的接点开线错误打开主机后盖及接线盒盖，检查电极缆线的开线是否正确，常见问题是缆线中的黑色导电橡皮未完全剥除，包括接线盒内两处、主机后盖内一处，共三处，确保剥除，重新接线校正OK，否则参考步骤三。三、铜质内芯导线半透明绝缘层 黑色导电橡皮 铜质网线黑色绝缘外层三、电极护套管进水卸下电极延长缆线，将电极连同整个护套移至主机处，直接将电极的中芯线和外网线接上BNC接头至主机的BNC接线柱上，进行校正OK，则参考步骤五，否则剪除露置于接线盒内的电极缆线部分，按步骤二的要求重新开线，再连接至主机进行校正OK，否则为电极受潮损坏，打开电极护套检查，套管内进水、受潮或电极破损，更换电极。四、电极破损在步骤三中，检查电极是否被打破，如是，更换电极。五、延长缆线破损进水在步骤三中，如第一次校正OK，则剪除露置于接线盒内的延长缆线部分，按步骤二的要求重新开线，连接后进行校正OK，否则，更换延长缆线。pH电极使用维护的注意事项1电极在测量前必须用已知pH值的标准缓冲溶液进行标定（至少2点）。 2 在每次标定、测量后进行下一次操作前，应该用蒸馏水或去离子水分清洗电极，再用被测液清洗一次电极。 3 取下电极护套时，应避免电极的敏感玻璃泡与硬物接触，因为任何破损或擦毛都使电极失效。 4 测量结束，及时将电极保护套套上，电极套内应放少量饱和KCL液,以保持电极球泡的湿润，切忌浸泡在蒸馏水中。 5 复合电极的外参比补充液为3molL氯化钾溶液，补充液可以从电极上端小孔加入，复合电极不使用时，盖上橡皮塞，防止补充液干涸，在线pH电极1般是凝胶的，所以不需要添加电解液。 6 电极的引出端必须保持清洁干燥，绝对防止输出两端短路，否则将导致测量失准或失效。 7 电极应与输入阻抗较高的pH计31011 配套，以使其保持良好的特性。 8 电极应避免长期浸在蒸馏水、蛋白质溶液和酸性氟化物溶液中 9 电极避免与有机硅油接触。 10 电极经长期使用后，如发现斜率略有降低，则可把电极下端浸泡在4%HF氢氟酸 中（35）s， 用蒸馏水洗净、然后在0.1 mo lL盐酸溶液中浸泡，使之复新，最好更换电极。 11被测溶液中如含有易污染敏感球泡或堵塞液接界的物质而使电极钝化，会出现斜率降低，显示读数不准现象。如发生该现象，则应根据污染物质的性质，用适当溶液清洗，使电极复新。注1：选用清洗剂时、不能用四氯化碳、三氯乙烯、四氢呋喃等能溶解聚碳酸树脂的清洗液，因为电极外壳是用聚碳酸树脂制成的，其溶解后极易污染敏感玻璃球泡，从而使电极失效。也不能用复合电极去测上述溶液。 注2：pH复合电极的使用，最容易出现的问题是外参比电极的液接界处，液接界处的堵塞是产生误差的主要原因。 pH800控制变送器操作流程pH校正仪器连接电极，接通电源后，按以下步骤操作： 按CAL键，屏幕上排显示CAL，下排显示pH； 再按ENTER键，屏幕显示上次校正的电极参数； 再按ENTER键，屏幕上排显示测量值，下排显示标准值； 按或键选择7.00或6.86，电极洗净后浸入所选的标准液； 按ENTER键，屏幕闪烁电极图像，读数稳定后自动跳入第2个标准4.00或10.00或9.18，电极洗净后浸入第2标准； 再按ENTER键，屏幕闪烁电极图像，待读数稳定后显示电极参数，出现READY 再按ENTER键，完成校正，回到测量模式。pH值测量校正完毕后，电极浸入被测溶液即可实现pH值测量。pH值测量偏差调节如果显示值与实际认定的测量值之间存在系统偏差，可以通过调节来消除这1偏差。如下：按ENTER键；按或键直到上排显示OFS；按ENTER键，此时屏幕上排显示电极偏置，下排显示pH测量值；按或键直到测量值与准确值一致；按ENTER键确认同时按和键，回到测量模式。优特PH计（lpha-pH800 pH and ORP控制/变送器）操作说明1测量 1.1 显示测量模式 开启控制器电源后，在双排LCD显示全部屏幕内容后自动进入测量模式。 上排显示pH或ORP的测量值而下排显示是这样的：控制器被设定为pH测量时下排显示温度，而控制器被设定为ORP测量时下排显示“OrP”。 显示屏右边的信号表示控制器是设置为pH还是mV测量状态。 显示屏左边的信号或图象表示控制器目前的状况，例如“MEAS”、“SETUP”、“CAL”、“READY”等等。另外，在用户误操作时，通过显示“EER”或闪烁图象及时地给出出错信息。 1.1.1电极性能检验 读出现配电极的斜率和补偿值。 1）按 ENTER 键，然后按CAL键，屏幕上排显示电极斜率，下排显示0 mV时的pH读数； 2）同时按 和 键返回测量模式。 2. 校准 在测量模式下可以由CAL键直接校准。也可以使用高级设定模式的校准方法。 2.1 pH校准 控制器预设定了五种标准缓冲溶液值（1.00、4.00、 6.86 或7.00、 9.00、 9.18 和 10.00），可以快速自动地作两点校准。仪器校准时，必须使用标准缓冲溶液。 1）进入校准模式 在测量模式时，按 CAL 键，上下排分别显示“CAL”和“pH”。再按 ENTER 或 CAL 键，控制器给出基于预校准的电极状态，显示电极的斜率和补偿值。 注意：如果屏幕显示“CAL OrP”，参看7.4节，将会告知您怎样从ORP切换到pH读数操作步骤。 2）再次按 ENTER 键开始校准，屏幕顶端显示“CAL”而左下角显示缓冲溶液瓶符号，上排是电极在线测量的pH值，下排表示规定的第一校准液值，pH 7.00（或 6.86）。 3）将洗净的电极浸入缓冲溶液，在ATC时，温度传感器也必须浸入同一缓冲溶液，同样地作为对称电位模式时，电位匹配针也应浸入缓冲溶液。 4）按 ENTER 键，开始pH 7.00（或pH 6.86）的校准。电极图象和CAL同时在屏幕上闪烁，控制器自动调节读数到相应缓冲溶液的pH值。 和D5）屏幕下排将显示下一个“pH”缓冲溶液，用 键从仪器储存预设定的五种缓冲溶液中选择一种，从第一种缓冲溶液中取出电极，洗净，然后浸入第二种缓冲溶液中，等上排显示稳定时按 ENTER 键，电极图象和CAL同时在屏幕上闪烁，控制器自动调节读数到相应缓冲溶液的pH值。 6）此后，控制器自动显示电极的斜率和补偿值，零点和斜率在每一次校准后都重新确定。 7）按 ENTER 键，如果用 CAL 键进行校准模式成功，控制器将返回测量模式；如果是在高级设定模式进行校准模式成功，控制器将返回子功能菜单。 注意：如果校准出错，控制器将显示“ERR”，必须按双键退出，由第一步重新开始校准操作。 注意：使用手动温度补偿进行校准时，控制器从预设定过程温度自动转换为校准温度，结束校准模式后控制器返回过程温度。 2.2 ORP mV校准 这种方式为单点校准。 1）进入校准模式，在测量模式时，按 CAL 键，按 ENTER键，屏幕上下排分别显示“CAL OrP”。 注意：如果屏幕上下排显示 “CAL”“pH”，参见7.4操作步骤，将pH 切换到 ORP mV读数。 2）将传感器插入ORP溶液。 3）按 ENTER 键开始校准，屏幕上显示“CAL”字样，上排显示电极未经补偿的mV值。 4）按 或 键 调节mV值为标准溶液值。 5）为确认，按 ENTER 键，控制器计算出校正因子，并返回测量模式。 3. 高级设定模式 3.1 电极补偿（OFS）子功能 120mV，这一特点对延长在线应用非常有益。本操作仅对pH有效。对电极的补偿允许达到 控制器将增加或减少测得的pH值以显示正确值，假如补偿值太高，应考虑清洗电极并从新进行校准，如果不能成功地，请更换电极。 1）从系统中取一个样品，注意控制器显示的pH读数。 2）选用经过校准的准确度较高的笔式、便携式或台式pH计测量样品的pH值，记录正确的pH值。 3）进入高级设定模式，按 ENTER 键。 4）按 或 键，滚动屏幕内容直至屏幕上排显示0Fs字样（电极补偿）。 5）按 ENTER 键，屏幕顶端显现SETUP字样，下排显示在线测量pH值，上排显示现在的补偿值。 6）按 或 键，直到pH值与步骤2记录的准确pH值一致。当按 或 键调节读数pH值时，上排显示的补偿值也在变化。 7）按 ENTER 键，仪器便确认了补偿值。 注意：整个校准过程，补偿值已经重新设定，参见第2节方法。 注意：在ORP测量操作过程中补偿参数是没有用的。 pH电极的保养与维护1.PH电极平时不使用，可以浸泡在3mol/l的kcl溶液或饱和kcl溶液中，严格禁止将电极浸泡在蒸馏水，去离水或自来水等离子含量极少的液体中。2、 如果PH电极长期干放而暴露在空气中，在重新使用之前，请先将电极浸泡在3mol/l的kcl溶液或饱和kcl溶液中23天，使电极恢复活性，如果有条件，请先将电极浸泡在9895电极再生液中1分钟左右，然后再用蒸馏水洗干净，浸泡在3mol/l的kcl或饱和kcl溶液中至少1天才能使用。3、 如果电极敏感膜或白色陶瓷隔膜孔受到蛋白质污染而发黄，可以购买9891电极清洗液，将电极浸泡在其中数小时，然后再用蒸馏水洗干净，最后浸泡在3mol/l的kcl或饱和kcl溶液中至少1天才能使用。4、 如果电极白色陶瓷隔膜孔受到Aq2S污染而变黑，可以购买9892隔膜清洗液，将电极浸泡在其中数小时直至隔膜孔再变白，然后再用蒸馏水洗干净，最后浸泡在3mol/l的kcl或饱和的kcl溶液中至少1天才能使用。5、 如果电极使用时间过长而造成敏感膜老化，可以购买9895电极再生液，将电极浸泡在其中110分钟（根据敏感膜老化的程度及斜率决定浸泡时间长短），然后再用蒸馏水洗干净，最后浸泡在3mol/l的kcl和饱和kcl溶液至少1天才能使用，严格禁止将斜率在56mv/ph以上的PH电极用9895处理，因为9895电极再生液中含有HF溶液，9895的原理就是用HF将表面的敏感膜老化层腐蚀掉，如果新电极浸泡在9895的电极再生液中或旧电极浸泡在其中时间过长，HF会将好的敏感膜部分也腐蚀掉。6、 如果PH电极被无机物质污染可以用0.1mol/l的Hcl或NaOH溶液清洗数分钟，然