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【理化】pH計的原理、使用及性能校準
閱讀：4370 發布時間：2021-11-4
簡介
pH計最一種常用的儀器設備,主要用來精密測量液體介質的酸堿度值,配上相應的離子選擇電極也可以測量離子電極電位mV值、pH計廣泛應用于工業、農業、科研、環保等領域,人們根據生產與生活的需要,科學地研究生產了許多型號的酸度計。
按測量精度可分為0.2級、0.1級、0.01級或更高精度。
按儀器體積可分為筆式(迷你型)、便攜式、臺式,還有連續監控測量的在線式。
當前我國的研制水平與水平還有一段距離,其中較為先進的是瑞士的梅特勒-托利多型pH計,其經濟方便,精度達到±0.01pH,可自動進行溫度補償。
pH計的原理及結構組成
1.pH計
pH(酸度)計是以電位法測定溶液中H+活度的儀器。pH計所測量的值是用來表示溶液酸堿度的一種方法,它用溶液中的H+離子濃度的負對數來表示,即:pH=ーlg[H+]。
我們所使用的pH計,都是由電計和電極兩個部分組成。在實際測量中,電極浸入待測溶液中,將溶液中的H+離子濃度轉換成毫伏級電壓訊號,輸入電計。電計將該信號放大,并經過對數轉換為pH,然后由毫伏級顯示儀表顯示出pH。
pH計以玻璃電極為測量電極,甘汞電極為參比電極。氫離子濃度變化所引起的玻璃電極電勢的變化,造成了其與甘汞電極之間電勢的變化,應符合式(2-6)
E=E0-2.3026RT/F…………(2-6)
式中：
E一電動勢,mV;
E0一電極標準電動勢,mV;
R一摩爾氣體常數;
T一開氏絕對溫度；
F一法拉第常數。
由式(2-6)可以看出測量pH時溫度也是一個重要的響因素,在測量時應該注意溫度的變化,并把它考慮進去。目前pH常用的電極多為復合電極,已將玻璃電極與甘汞電極復合在一起。
2.pH電極
電極是組成pH計的部分。pH測量就是通過測量電極、參比電極組成一化學電池來完成的。
(1)pH測量電極又叫pH指示電極,對溶液中氫離子活度有響應,電極電位隨之變化。現代pH計幾乎都是用玻璃電極作為測量電極的。
(2)參比電極(惰性電極),對溶液中氫離子活度無響應。在pH測量中,它作為電位恒定的半電池與pH測量電極組成一化學電池,提供并保持固定的參比電勢。
(3)復合電極是將pH測量電極和參比電極組合在一起的電極。復合電極不受氧化性和還原性物質的影響,平衡速度較快,使用比較廣泛,目前pH測量使用的基本上都是此類電極。不管玻璃指示電極還是玻璃復合電極,都是薄膜電極,此膜電勢與被測溶液中的氫離子活度呈能斯特關系,體現薄膜電極的*性能,這些性能受電極本身及使用條件的影響，并對測量結果產生作用。
3.pH計的使用方法
(1)打開后蓋,裝入電池一塊
(2)裝上復合玻璃電極。
注意事項：
?、購秃想姌O下端是易碎玻璃泡,使用和存放時千萬要注意,防止與其他物品相碰。
?、趶秃想姌O內有飽和溶液作為傳導介質,如干涸就會導致結果測定不準,因此必須隨時觀察有無液體,量不足時應注滿。
③復合電極儀器接口決不允許有污染,包括水珠。
?、軓秃想姌O連線不能強制性拉動,防止線路接頭斷裂。
(3)打開電源開關后,再打到pH測量擋。
(4)用溫度計測量pH6.86標準液的溫度,然后將pH計溫度補償旋鈕調到所測的溫度值下。
(5)將復合電極用去離子水沖洗干凈,并用濾紙擦干。
(6)將pH6.86標準溶液2mL~5mL倒入已用水洗凈并擦干的塑料燒杯中,洗滌燒杯和復合電極后倒掉,再加入20mLpH6.86標準溶液于塑料燒杯中,將復合電極插入于溶液中,用儀器定位旋鈕,調至讀數6.86直到穩定。
注意事項:必須用pH6.86標準調定位。調完后,決不能再動定位旋鈕。
(7)將復合電極用去離子水洗凈,用濾紙擦干,用溫度計測量pH4.00溶液的溫度,并將儀器溫度補償旋鈕調到所測的溫度值下。
(8)將pH4.00標準溶液2mL~5mL倒入另一個塑料燒杯中,洗滌燒杯和復合電極后倒掉,再加入20mLpH4.00標準溶液,將復合電極插入溶液中,讀數穩定后,用斜率旋鈕調至pH4.00。
注意事項:斜率鈕調完后,決不能再動。
(9)用溫度計測定待測液溫度,并將儀器溫度補償調至所測溫度。
(10)將復合電極插入待測溶液中,讀取pH,即為待測液pH。
注意事項:
?、贉y定時溫度不能過高,如超過40℃測定結果不準,需用燒杯取出稍冷。
?、趶秃想姌O應避免和有機物接觸,一旦接觸或沾污后要用無水乙醇清洗干凈。
4.pH計的性能校驗
盡管PH計種類很多、但其校準方法均采用兩點校準法,即選擇兩種標準緩沖液:第一種是pH7標準緩沖液,第二種是pH9標準緩沖液或pH4標準緩沖液。
先用pH7標準緩沖液對電計進行定位,再根據待測溶液的酸堿性選擇第二種標準緩沖液。如果待測溶液呈酸性,則選用pH4標準緩沖液;如果待測溶液呈堿性,則選用pH9標準緩沖液。若是手動調節的pH計,應在兩種標準緩沖液之間反復操作幾次,直至不需再調節其零點和定位(斜率)旋鈕,pH計即可準確顯示兩種標準緩沖液pH時則表示校準過程結束。此后,在測量過程中零點和定位旋鈕就不應再動。若是智能式pH計,則不需反復調節,因為其內部已貯存幾種標準緩沖液的pH可供選擇、而且可以自動識別并自動校準。但要注意標準緩沖液的選擇及其配制的準確性。智能式0.01級pH計一般內存有3種~5種標準緩沖液。
其次,在校準前應特別注意待測溶液的溫度。以便正確選擇標準緩沖液,并調節電計面板上的溫度補償旋鈕,使其與待測溶液的溫度一致。不同的溫度下,標準緩沖溶液的pH是不一樣的(見表2-3)。
校準工作結束后,對使用頻繁的pH計一般在48h內不需再次定標。如遇到下列情況之一,則需要重新標定:
(1)溶液溫度與定標溫度有較大的差異。
(2)電極在空氣中暴露過久,如30min以上。
(3)定位或斜率調節器被誤動。
(4)測量過酸(pH<2)或過堿(ph>12)的溶液后。
(5)換過電極后
(6)當所測溶液的pH不在兩點定標時所選溶液的中間,且距pH7又較遠時。