恒奧德(de)儀器(qi)新(xin)款(kuan)pH計(ji)原理(li)以(yi)及測量要(yao)點(dian)

原理(li)
什麽是pH?pH是拉(la)丁文(wen)"Pondus hydrogenii"詞(ci)的(de)縮寫(xie)(Pondus=壓強(qiang)、壓(ya)力hydrogenium=氫)，用來量度物(wu)質中(zhong)氫離(li)子的活性。這活性直(zhi)接關系(xi)到水溶液(ye)的酸(suan)性、中性和(he)堿(jian)性。水在(zai)化(hua)學上(shang)是中(zhong)性的，但(dan)不是沒(mei)有(you)離(li)子，即(ji)使化(hua)學純(chun)水也有(you)微量(liang)被離(li)解:嚴(yan)格地(di)講，在(zai)與(yu)水分子水合作(zuo)用(yong)以(yi)前(qian)，氫(qing)核不是以(yi)自由態存在(zai)。

H2O+ H2O=H3O+ OHˉ，由於水合氫(qing)離(li)子(H3O)的濃度是與(yu)氫(qing)離(li)子(H)濃度等同看(kan)待，上(shang)式可以簡(jian)化(hua)成(cheng)下(xia)述(shu)常用的(de)形式:

H2O=H+ OHˉ

此(ci)處(chu)正(zheng)的氫離(li)子，人們在(zai)化(hua)學中(zhong)表(biao)示(shi)為(wei)"H離(li)子"或"氫(qing)核"。水合氫(qing)核(he)表(biao)示(shi)為(wei)"水合氫(qing)離(li)子"。負的氫氧根離(li)子稱為(wei)"氫氧(yang)化(hua)物(wu)離(li)子"。

利(li)用質量(liang)作(zuo)用定律，對於(yu)純(chun)水的離(li)解可以找(zhao)到(dao)平衡(heng)常(chang)數加以表(biao)示(shi):

K=H3O×OH----H2O

由於水只有少量(liang)被離(li)解，因(yin)此(ci)水的質(zhi)量(liang)摩爾濃度實(shi)際(ji)為(wei)常數，並(bing)且有(you)平衡(heng)常(chang)數K可求出水的離(li)子積KW。

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

也就(jiu)是說對於(yu)升純(chun)水在(zai)25℃時(shi)存在(zai)10摩爾H3O離(li)子和(he)10摩爾OHˉ離(li)子。

在(zai)中(zhong)性溶液(ye)中，氫(qing)離(li)子H和(he)氫(qing)氧根離(li)子OHˉ的濃度都是10mol/l。如:

假如有過量(liang)的氫(qing)離(li)子H，則(ze)溶液(ye)呈(cheng)酸性。酸是能(neng)使(shi)水溶液(ye)中的(de)氫(qing)離(li)子H遊離(li)的物(wu)質。同樣，如果使OHˉ離(li)子遊離(li)，那(na)麽溶液(ye)就是堿(jian)性的。所以(yi)，給出H值(zhi)就(jiu)足以表(biao)示溶液(ye)的性，呈(cheng)酸性還是堿(jian)性，為(wei)了免(mian)於(yu)用(yong)此(ci)分子濃度負冪數行運算，生物(wu)學家澤(ze)倫森(sen)(Soernsen)在(zai)1909年(nian)建(jian)議(yi)將此不(bu)便使(shi)用(yong)的數值用對數代替(ti)，並(bing)定義(yi)為(wei)"pH值"。數學上(shang)定義(yi)pH值為(wei)氫離(li)子濃度的常用對數負值。即(ji)pH=-log[H]。

因此(ci)，pH值(zhi)是離(li)子濃度以10為(wei)底的(de)對數的負數:

改(gai)變(bian)50m的(de)水的pH值(zhi)，從(cong)pH2到(dao)pH3需(xu)要(yao)500L漂(piao)白(bai)劑。然而(er)，從(cong)pH6到(dao)pH7只需要(yao)50L的漂(piao)白(bai)劑。

測量pH值(zhi)的(de)方法很多(duo)，主(zhu)要(yao)有(you)化(hua)學分析法、試紙法、電位法。現主(zhu)要(yao)介(jie)紹(shao)電位法測得pH值(zhi)。

電位分析法所用(yong)的電被稱為(wei)原電池。原(yuan)電池是個(ge)系(xi)統，它(ta)的作(zuo)用(yong)是使(shi)化(hua)學反(fan)應(ying)能(neng)量(liang)轉(zhuan)成(cheng)為(wei)電能(neng)。此(ci)電池的(de)電壓被稱為(wei)電動勢(EMF)。此(ci)電動勢(EMF)由二個(ge)半(ban)電池構成(cheng)，其(qi)中(zhong)個(ge)半(ban)電池稱(cheng)作(zuo)示電，它(ta)的電位與(yu)定(ding)的離(li)子活度有關，如H;另(ling)個(ge)半(ban)電池為(wei)參比(bi)半電池，通(tong)常(chang)稱作參(can)比電，它(ta)般(ban)是測量溶液(ye)相通(tong)，並(bing)且與(yu)測量儀(yi)表(biao)相連(lian)。

例(li)如，支電由根插(cha)在(zai)含(han)有銀離(li)子的鹽溶液(ye)中的(de)根(gen)銀導(dao)線制成(cheng)，在(zai)導(dao)線和(he)溶液(ye)的界(jie)面處(chu)，由於金屬和(he)鹽溶液(ye)二種物(wu)相中(zhong)銀離(li)子的不同活度，形成(cheng)離(li)子的充電過程(cheng)，並(bing)形成(cheng)定的電位差(cha)。失去(qu)電子的銀離(li)子溶液(ye)。當(dang)沒有施(shi)加外(wai)電反(fan)充電，也就(jiu)是說沒有電的話(hua)，這過程(cheng)終會(hui)達(da)到(dao)個(ge)平衡(heng)。在(zai)這種平衡(heng)狀(zhuang)態下(xia)存在(zai)的(de)電壓被稱為(wei)半電池電位或電電位。這種(如上(shang)所述(shu))由金屬和(he)含(han)有此金屬離(li)子的溶液(ye)組成(cheng)的電被稱為(wei)類(lei)電。

此電位的(de)測量是相(xiang)對個(ge)電位與(yu)鹽溶液(ye)的成(cheng)分無(wu)關的參(can)比電行的(de)。這種具有立電位的(de)參(can)比電也被稱為(wei)二電。對於(yu)此類(lei)電，金屬導線都(dou)是覆蓋層此(ci)種(zhong)金屬的微溶性鹽(如:Ag/Agcl)，並(bing)且插(cha)入含(han)有此種(zhong)金屬鹽陰(yin)離(li)子的電解質(zhi)溶液(ye)中。此(ci)時(shi)半(ban)電池電位或電電位的(de)大(da)小(xiao)取(qu)決(jue)於(yu)此(ci)種(zhong)陰(yin)離(li)子的活度。

此二種電之(zhi)間的(de)電壓遵(zun)循(xun)能(neng)斯(si)(NERNST)公式(shi):

式中(zhong):E-電位

E0-電的標準(zhun)電壓

R-氣(qi)體(ti)常(chang)數(8.31439焦(jiao)耳(er)/摩爾和(he)℃)

T-開(kai)氏(shi)溫度(du)(例(li):20℃相當(dang)於(273.15+20)293.15開(kai)爾文)

F-法拉(la)常數(96493庫化(hua)/當(dang)量)

n-被測離(li)子的化(hua)合價(銀=1，氫(qing)=1)

ln(aMe)-離(li)子活度aMe的對數

標準(zhun)氫(qing)電是所有(you)電位測量的(de)參(can)比點(dian)。標準(zhun)氫(qing)電是根(gen)鉑(bo)絲(si)，用電解的(de)方法鍍(塗(tu)覆)上(shang)氯化(hua)鉑，並(bing)且在(zai)四(si)周(zhou)充入氫(qing)氣(qi)(固(gu)定壓(ya)力為(wei)1013hpa)構成(cheng)的。

將此電浸入在(zai)25℃時(shi)H3O離(li)子含(han)量為(wei)1mol/l溶液(ye)中便形(xing)成(cheng)電化(hua)學中(zhong)所有(you)電位測量所參(can)照的(de)半電池電位或電電位。其(qi)中(zhong)氫電作為(wei)參比(bi)電在(zai)實(shi)踐中很難實現，於是使(shi)用(yong)二類(lei)電做為(wei)參比(bi)電。其(qi)中(zhong)常用(yong)的(de)便是銀/氯化(hua)銀電。該電通過溶解的(de)AgCl對於(yu)氯離(li)子濃度的變化(hua)起(qi)反(fan)應(ying)。

此參比電的電電位通(tong)過飽(bao)和(he)的(de)kcl貯池(如:3mol/l kcl)來實現恒定(ding)。液(ye)體(ti)或凝(ning)膠(jiao)形(xing)式(shi)的(de)電解質(zhi)溶液(ye)通過隔(ge)膜與(yu)被測溶液(ye)相連(lian)通(tong)。

利(li)用上(shang)述(shu)的電組合(he)-銀電和(he)Ag/AgCl參(can)比電可以測量膠(jiao)片(pian)沖(chong)洗液(ye)中的(de)銀離(li)子含(han)量。也可以將銀電換成(cheng)鉑或金電行氧(yang)化(hua)還原電位的(de)測量。例(li)如:某種金屬離(li)子的氧化(hua)階(jie)段。

常用的(de)pH示(shi)電是玻璃(li)電。它(ta)是支端(duan)吹成(cheng)泡狀(zhuang)的對於(yu)pH敏(min)感(gan)的(de)玻璃(li)膜的(de)玻璃(li)。管(guan)內充填有含(han)飽和(he)AgCl的(de)3mol/l kcl緩沖(chong)溶液(ye)，pH值為(wei)7。存在(zai)於(yu)玻璃(li)膜二面的(de)反(fan)映(ying)pH值的電位差(cha)用Ag/AgCl傳導(dao)系(xi)統，

如二電，導出。pH復(fu)合(he)電和(he)pH固(gu)態電，

此電位差(cha)遵循(xun)能(neng)斯(si)公式(shi):

將E0、R、T(298.15K即(ji)25℃)等數值代入上(shang)式既得:

E=59.16mv/25℃ per pH (式中已將ln(H3O)轉化(hua)為(wei)pH)

式中(zhong)R和(he)F為(wei)常數，n為(wei)化(hua)合價，每種離(li)子都有其(qi)固(gu)定的(de)值。對於(yu)氫離(li)子來講n=1。溫度(du)"T"做(zuo)為(wei)變量(liang)，在(zai)能(neng)斯(si)公式(shi)中起(qi)很大(da)作(zuo)用(yong)。隨(sui)著溫度(du)的(de)上(shang)升，電位值(zhi)將隨之(zhi)增大。

對於(yu)每1℃的溫度(du)變(bian)大，將引起(qi)電位0.2mv/per pH變(bian)化(hua)。用pH值(zhi)來表示則(ze)每1℃1pH變化(hua)0.0033pH值。

這也就(jiu)是說:對於(yu)20~30℃之(zhi)間和(he)7pH左(zuo)右(you)的(de)測量不(bu)需(xu)要對溫度(du)變(bian)化(hua)行補(bu)償;而對於(yu)溫度(du)>30℃或<20℃和(he)pH值(zhi)>8或6的(de)應用(yong)場(chang)合(he)則(ze)對溫度(du)變(bian)化(hua)行補(bu)償。

業pH計(ji)，是種(zhong)常(chang)用的(de)業儀器設備，主(zhu)要(yao)用(yong)來(lai)測量液(ye)體(ti)介(jie)質(zhi)的(de)酸堿度值。以(yi)及(ji)安裝、清(qing)洗、抗(kang)幹(gan)擾(rao)等等(deng)問題的(de)考慮(lv)

測量要(yao)點(dian)
在(zai)行(xing)操作前(qian)，應(ying)檢(jian)查電的好(hao)性。甘汞(gong)電。由於復(fu)合(he)電使用(yong)廣(guang)泛(fan)，以(yi)下(xia)主(zhu)要(yao)討論(lun)復(fu)合(he)電。

實驗(yan)室(shi)使用(yong)的(de)復(fu)合(he)電主(zhu)要(yao)有(you)封(feng)閉(bi)型(xing)和(he)非封(feng)閉(bi)型(xing)兩(liang)種，封(feng)閉(bi)型(xing)少，主(zhu)要(yao)是以(yi)外(wai)企(qi)業為(wei)主(zhu)。復(fu)合(he)電使用(yong)前(qian)檢(jian)查玻璃(li)泡是否(fou)有(you)裂痕、破碎，如果沒有(you)，用(yong)pH緩沖(chong)溶液(ye)行兩(liang)點(dian)標定(ding)時，定(ding)位與(yu)斜(xie)率按(an)鈕(niu)均(jun)可調節(jie)到對應(ying)的pH值(zhi)時(shi)，般(ban)認(ren)為(wei)可以使(shi)用(yong)，否則(ze)可按(an)使用(yong)說明書(shu)行電活化(hua)處理(li)。活化(hua)方法是在(zai)4%*中(zhong)浸3~5 s左(zuo)右(you)，取(qu)出用(yong)蒸(zheng)餾(liu)水行沖(chong)洗，然(ran)後在(zai)0.1mol/L的(de)鹽酸(suan)溶液(ye)中浸泡數小(xiao)時(shi)後，用蒸餾(liu)水沖(chong)洗幹(gan)凈(jing)，再(zai)行標定(ding)，即(ji)用pH值(zhi)為(wei)6.86(25℃)的緩沖(chong)溶液(ye)行定(ding)位(wei)，調節(jie)好後意(yi)選擇(ze)另(ling)種(zhong)pH緩沖(chong)溶液(ye)行斜(xie)率(lv)調節(jie)，如無(wu)法調節(jie)到，則(ze)需(xu)更(geng)換(huan)電。非封(feng)閉(bi)型(xing)復(fu)合(he)電，裏面要(yao)加外(wai)參比溶液(ye)即(ji)3 mol/Llvhuajia溶液(ye)，所以(yi)檢(jian)查電裏的(de)lvhuajia溶液(ye)是否(fou)在(zai)1/3以(yi)上(shang)，如果不到(dao)，需(xu)添加3 mol/Lvhuajia溶液(ye)。如果lvhuajia溶液(ye)出小(xiao)孔(kong)位(wei)置，則(ze)把多余(yu)的vhuajia溶液(ye)甩掉，使(shi)溶液(ye)位於(yu)小(xiao)孔(kong)下(xia)面，並(bing)檢(jian)查溶液(ye)中是否(fou)有(you)氣(qi)泡，如有氣(qi)泡要(yao)輕彈電，把氣(qi)泡趕出。

在(zai)使(shi)用過程(cheng)中應(ying)把電上(shang)面的(de)橡皮(pi)剝下(xia)，使小(xiao)孔(kong)露(lu)在(zai)外(wai)面，否(fou)則(ze)在(zai)行(xing)分析時(shi)，會(hui)產(chan)生負壓，導(dao)致(zhi)lvhuajia溶液(ye)不能(neng)順(shun)利(li)通過玻璃(li)泡與(yu)被測溶液(ye)行離(li)子交(jiao)換(huan)，會(hui)使(shi)測量數據不準(zhun)確(que)。測量成(cheng)後應把橡皮(pi)復(fu)原(yuan)，封(feng)住(zhu)小(xiao)孔(kong)。電經蒸(zheng)餾(liu)水清洗後，應浸泡在(zai)3 mol/Llvhuajia溶液(ye)中，以(yi)保持電泡的(de)濕(shi)潤，如果電使用(yong)前(qian)發(fa)現保護(hu)液(ye)已失(shi)，則(ze)應(ying)在(zai)3 mol/Llvhuajia溶液(ye)中浸泡數小(xiao)時(shi)，以(yi)使(shi)電達(da)到(dao)測量狀(zhuang)態(tai)。在(zai)實(shi)際(ji)使用(yong)時，發(fa)現有的(de)分析人員把復(fu)合(he)電當(dang)作玻璃(li)電來處(chu)理(li)，放在(zai)蒸(zheng)餾(liu)水中長(chang)時間浸泡，這是不(bu)正(zheng)確的，這會(hui)使(shi)復(fu)合(he)電內的(de)vhuajia溶液(ye)濃度(du)大(da)大(da)降低，導(dao)致在(zai)測量時(shi)電反(fan)應(ying)不靈敏(min)，終導致(zhi)測量數據不準(zhun)確(que)，因(yin)此不應(ying)把復(fu)合(he)電長(chang)時間浸泡在(zai)蒸(zheng)餾(liu)水中。