PH计的原理及注意事项VIP

PH计的原理及注意事项 主讲 卞在雄 内容导览 PH计概念 什么是PH计 pH计 又称酸度计 是用来测定溶液pH的一种仪器 酸度计是利用溶液的电化学性质测量氢离子浓度 用来确定溶液酸碱度的一种传感器 PH计广泛应用于工业 农业 科研 环保等领域 PH计的种类 PH计的种类有哪些 主要有台式酸度计 工业在线酸度计PH计 便携式PH计 笔式酸度计三大类别 PH值 PH值是怎么定义的 pH值被定义为氢离子浓度的对数的负值 通常pH值的范围是为0 14 25 中性水的pH值为7 pH值小于7的溶液为酸性 pH值大于7为碱性 PH计工作原理 PH计的工作原理是怎样的 酸度计是利用化学上的原电池的原理工作的 原电池的两个电极间的电动势不仅与电极的自身属性有关 还与溶液里的氢离子的浓度有关 因此电动势和氢离子的浓度有一个对应关系 离子活度是指电解质溶液中参与电化学反应的离子的有效浓度 离子活度 和浓度 c 之间存在定量的关系 其表达式为 c式中 为离子的活度 为离子的活度系数 c为离子的浓度 通常小于1 在溶液无限稀时离子间相互作用趋于零 此时活度系数趋于1 活度等于溶液的实际浓度 一般在水溶液中H离子的浓度非常小 所以H离子的活度基本和其浓度相等 根据能斯特方程 离子活度与电极电位成正比 因此可对溶液建立起电极电位与活度的关系曲线 此时测定了电位 即可确定离子活度 所以实际上我们是通过测量电位来计算H离子的浓度的 PH计工作原理 能斯特方程 公式中 E 电位 E0 电极的标准电压 R 气体常数 8 31439焦耳 摩尔和 T 开氏绝对温度 例 20 相当于 273 15 20 293 15开尔文 F 法拉弟常数 96493库化 当量 n 被测离子的化合价 银 1 氢 1 ln aMe 离子活度aMe的对数在水溶液中氢核基本不以自由态存在 实际的情况是 H2O H2O H3O OH 自由态的H离子基本可以忽略 水溶液中H3O 水合氢离子 的浓度基本上和H离子浓度相等 所以 上式通常简化为 H2O H OH 在25 的纯水中 仅有微量的水发生电离 进过测量此时的H离子和OH 离子的浓度为10 7mol l 水的离子积KW为 KW K H2OKW H3O OH 10 7 10 7 10 14mol l 25 在同一温度下 水的离子积为一常数 比如在25 是 水的离子计总为10 14mol l 比如 如果这是H 的浓度为10 3mol l 那么OH 的浓度就是10 11mol l 当溶液中的H 离子浓度大于OH 离子浓度时 我们称其为酸性溶液 当H 离子浓度小于OH 离子浓度时我们称其碱性溶液 实际使用中 离子浓度很小 为了避免使用中的不便 1909年生物学家泽伦森年建议将此不便使用的数值用对数代替 并定义为 pH值 数学上定义pH值为氢离子浓度的常用对数负值 因此 PH值以H离子浓度以10为底的负对数值 PH计的组成 PH计由三个部件构成 简单的说就是电极和电计组成的 参比电极的基本功能是维持一个恒定的电位 作为测量各种偏离电位的对照 银 氧化银电极是目前pH中最常用的参比电极 玻璃电极的功能是建立一个对所测量溶液的氢离子活度发生变化作出反应的电位差 把对pH敏感的电极和参比电极放在同一溶液中 就组成一个原电池 该电池的电位是玻璃电极和参比电极电位的代数和 E电池 E参比 E玻璃 如果温度恒定 这个电池的电位随待测溶液的pH变化而变化 而测量pH计中的电池产生的电位是困难的 因其电动势非常小 且电路的阻抗又非常大1 100M 因此 必须把信号放大 使其足以推动标准毫伏表或毫安表 电流计的功能就是将原电池的电位放大若干倍 放大了的信号通过电表显示出 电表指针偏转的程度表示其推动的信号的强度 为了使用上的需要 pH电流表的表盘刻有相应的pH数值 而数字式pH计则直接以数字显出pH值 1 一个参比电极 2 一个玻璃电极 3 一个电流计 电极 A 参比电极 对溶液中氢离子活度无响应 具有已知和恒定的电极电位的电极称为参比电极 参比电极有硫酸亚汞电极 甘汞电极和银 氯化银电极等几种 最常用的是甘汞电极和银 氯化银电极 B 玻璃电极 由玻璃支杆 玻璃膜 内参比溶液 内参比电极 电极帽 电线等组成 玻璃支杆 玻璃膜 由特殊成份组成的对氢离子敏感的玻璃膜组成 玻璃膜一般呈球泡状 球泡内充入内参比溶液 中性磷酸盐和氯化钾的混合溶液 插入内参比电极 一般用银 氯化银电极 用电极帽封接引出电线 装上插口 就成为一支pH指示电极 市场销售的最常用的指示电极是231玻璃pH电极 C 复合电极 我们用的E 201 C 外壳为塑料的就称为塑壳pH复合电极 外壳为玻璃的就称为玻璃pH复合电极 pH复合电极的结构主要由电极球泡 玻璃支持杆 内参比电极 内参比溶液 外壳 外参比电极 外参比溶液 液接界 电极帽 电极导线 插口等组成 复合电极的组成 电极球泡 它是由具有氢功能的锂玻璃熔融吹制而成 呈球形 膜厚在0 1 0 2mm左右 电阻值 250兆欧25 玻璃支持管 是支持电极球泡的玻璃管体 由电绝缘性优良的铅玻璃制成 其膨胀系数应与电极球泡玻璃一致 内参比电极 为银 氯化银电极 主要作用是引出电极电位 要求其电位稳定 温度系数小 内参比溶液 零电位为7pH的内参比溶液 是中性磷酸盐和氯化钾的混合溶液 玻璃电极与参比电极构成电池建立零电位的pH值 主要取决于内参比溶液的pH值及氯离子浓度 电极塑壳 电极塑壳是支持玻璃电极和液接界 盛放外参比溶液的壳体 由聚碳酸酯塑压成型 外参比电极 为银 氯化银电极 作用是提供与保持一个固定的参比电势 要求电位稳定 重现性好 温度系数小 外参比溶液 为3 3mol L的氯化钾凝胶电解质 不易流失 无需添加 砂芯液接界 液接界是构通外参比溶液和被测溶液的连接部件 要求渗透量稳定 电极导线 为低噪音金属屏蔽线 内芯与内参比电极连接 屏蔽层与外参比电极连接 PH缓冲溶液的配置 pH4 邻苯二甲酸氢钾溶液 4 003pH pH7 磷酸二氢钾和磷酸氢二钠混合盐溶液 6 864pH pH9 硼砂溶液 9 182pH pH4 精密称取在115 5 干燥2 3小时的邻苯二甲酸氢钾 KHC8H4O4 10 12g 加水使溶解并稀释至1000ml pH7 精密称取在115 5 干燥2 3小时的无水磷酸氢二钠4 303g与磷酸二氢钾1 179g 加水使溶解并稀释至1000ml 另补充 磷酸盐标准缓冲液 pH6 8 精密称取在115 5 干燥2 3小时的无水磷酸氢二钠3 533g与磷酸二氢钾3 387g 加水使溶解并稀释至1000ml pH9 精密称取硼砂 Na2B4O7 10H2O 3 80g 注意 避免风化 加水使溶解并稀释至1000ml 置聚乙烯塑料瓶中 密塞 避免与空气中二氧化碳接触 注 加水都是用的去离子水 何如配置PH缓冲溶液 步骤 PH计的校正 PH计校正步骤 方法有哪些 对于测量精度在0 1pH以下的样品 可以采用一点校准方法调整仪器 一般选用pH6 86或pH7 00标准缓冲液 有些仪器本身精度只0 2pH或0 1pH 因此仪器只设有一个 定位 调节旋钮 具体操作步骤如下 测量标准缓冲液温度 查表确定该温度下的pHs值 将温度补偿旋钮调节到该温度下 用纯水冲洗电极并甩干 将电极浸入缓冲溶液晃动后静止放置 待读数稳定后 调节定位旋钮使仪器显示该标准溶液的pHs值 取出电极冲洗并甩干 测量样品温度 并将pH计温度补偿旋钮调节至该温度值 将电极浸入样品溶液 晃动后静止放置 显示稳定后读数 其他校准方法 取下保护套 先用蒸馏水清洗PH计的电极 并用滤纸将附在电极上的水分吸干 接通位于电池仓上的开关 将PH计电极插入被测液体 直到液体浸到略低于 浸没线 条件允许 可使溶液浸到略高于 浸没线 的位置 轻轻地搅拌溶液待数值稳定后 读取显示值 使用完毕 清洗电极 关掉开关 套上保护套 PHS 2F数字式酸度计 一 校准及使用方法 接通电源开关 置选择旋钮与 PH 档 使仪器预热10分钟 现在使用仪器两点标定法进行标定 PH 6 86 PH 4 或PH 9 18 步骤如下 1 旋转 温度 调节器 使仪器的指示值为25 将 斜率 调到最大 调节器顺时针到底 2 把电极插入已知PH 6 86的缓冲溶液 调节 定位 调接器 使溶液指示值为该缓冲溶液所在温度相应的PH值PH 6 86 2 3个月就会有变质沉淀 3 用蒸馏水清洗电极 并用滤纸吸干 把电极插入另一只已知PH缓冲溶液PH 9 18并摇动使溶液均匀 旋转 斜率 调节器 使仪器的指示值为溶液所在温度相应的PH值PH 9 184 测量水样的PH值时 先测量水样的温度 把 仪器指示的温度 调到与水样温度一致 用待测水样冲洗电极 把电极插入待测水样中 缓慢搅动使溶液均匀后读出该水样的PH值 用复合电极 搅晃动几下 因为球泡和塑壳之间会有一个小小的空腔 电极浸入溶液后有时空腔中的气体来不及排除会产生气泡 使球泡或液接界与溶液接触不良 因此必须用力搅拌晃动以排除气泡 电极上面的小橡皮塞拔下 以维持管内足够的液位压差 5 如遇到下列情况之一 PH检测仪器则需要重新标定 电极在空气中暴露过久 如半小时以上时 定位或斜率调节器被误动 测量过酸 pH 2 或过碱 pH 12 的溶液后 换过电极后 1 电极在测量前必须用已知pH值的标准缓冲溶液进行定位校准 为取得更正确的结果 已知pH值要可靠 而且其pH值愈接近被测值愈好 2 取下帽后要注意 在塑料保护栅内的敏感玻璃泡不与硬物接触 任何破损和擦毛都会使电极失效 3 测量完毕 不用时应将电极保护帽套上 帽内应放少量补充液 以保持电极球泡的湿润 4 复合电极的外参比补充液为3M氯化钾溶液 附件有 内装3M氯化钾小瓶一只 只需加入60ml蒸馏水摇匀 此溶液即为外参比补充液 补充液可以从上端小孔加入 5 电极的引出端 必须保持清洁和干燥 绝对防止输出两端短路 否则将导至测量结果失准或失效 6 电极避免长期浸在蒸馏水中或蛋白质和酸性氟化物溶液中 并防止有机硅油脂接触 7 电极经长期使用后 如发现梯度略有降低 则可把电极下端浸泡在内4 HF 氢氟酸 中3 5秒钟 用蒸馏水洗净 然后在氯化氢 HCl 0 1mol L 溶液中浸泡24小时左右 使之复新 8 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 其现象是敏感梯度降低 或读数不准 如此 则应根据污染物质的性质 以适当溶液清洗 使之复新 二 保养及注意事项 PHS 2F数字式酸度计 注意事项 9 电极为什么需要浸泡 pH电极使用前必须浸泡 因为pH球泡是一种特殊的玻璃膜 在玻璃膜表面有一很薄的水合凝胶层 它只有在充分湿润的条件下才能与溶液中的H 离子有良好的响应 同时 玻璃电极经过浸泡 可以使不对称电势大大下降并趋向稳定 pH玻璃电极一般可以用蒸馏水 不能长期浸泡 或pH4缓冲溶液浸泡 通常使用pH4缓冲液 4 00一包缓冲液稀至250ML纯水 再加56mgKCL 加热使溶解 更好一些 浸泡时间8小时至24小时或更长 根据球泡玻璃膜厚度 电极老化程度而不同 10 避免接触强酸强碱或腐蚀性溶液 如果测试此类溶液 应尽量减少浸入时间 用后仔细清洗干净 11 尽量避免在无水乙醇 重铬酸钾 浓硫酸等脱水性介质中使用 它们会损坏球泡表面的水合凝胶层 12 不能长期浸泡中性或碱性缓冲溶液中 会使PH玻璃摸响应迟钝 13 修复 可用细毛刷 棉花球 牙签等 便携式PH计 首先按EXIT键 在读书模式下 按Setup键 屏幕上将显示Setup图标和序号1 闪烁 选用5针连接头 按向下箭头键直至设置序号变为5 按ENTER键改变缓冲溶液值 这样就可以在PH6 86和7 00项目间转换 选定后按EXIT返回读数模式 1 再按CAL键 再显示器的上方会显示CAL和闪烁 同时出现Standard和1 把探头放入缓冲溶液中PH4 00 2 当读数稳定后 标准溶液的序号将变成2 将探头从第一种缓冲溶液中拿出 用蒸馏水清洗后放入第二种缓冲溶液中PH6 86或7 00 3 重复第2和3步进行第三种缓冲溶液的校准 按ENTE温度和PH值稳定后 屏幕上