恒(heng)奧(ao)德(de)儀(yi)器pH計(ji)原理(li)分類(lei)

原理(li)

什麽(me)是(shi)pH?pH是(shi)拉(la)丁文"Pondus hydrogenii"詞(ci)的縮(suo)寫(xie)(Pondus=壓強、壓力(li)hydrogenium=氫(qing))，用(yong)來(lai)量度(du)物(wu)質中氫(qing)離(li)子(zi)的活性。這(zhe)活性直(zhi)接關系(xi)到水(shui)溶液(ye)的(de)酸性(xing)、中性和堿性(xing)。水(shui)在(zai)化(hua)學(xue)上(shang)是中(zhong)性(xing)的(de)，但(dan)不(bu)是(shi)沒(mei)有離(li)子(zi)，即使化(hua)學(xue)純(chun)水(shui)也有微(wei)量被離(li)解:嚴(yan)格地(di)講(jiang)，在(zai)與水(shui)分子(zi)水(shui)合(he)作(zuo)用(yong)以前，氫(qing)核不(bu)是(shi)以(yi)自由態(tai)存(cun)在(zai)。

H2O+ H2O=H3O+ OHˉ，由於水(shui)合(he)氫(qing)離(li)子(zi)(H3O)的濃度(du)是(shi)與氫(qing)離(li)子(zi)(H)濃度(du)等同看(kan)待(dai)，上(shang)式(shi)可(ke)以(yi)簡化(hua)成(cheng)下述(shu)常(chang)用(yong)的形式(shi):

H2O=H+ OHˉ

此處(chu)正的氫(qing)離(li)子(zi)，人們(men)在(zai)化(hua)學(xue)中(zhong)表示(shi)為"H離(li)子(zi)"或(huo)"氫(qing)核"。水(shui)合(he)氫(qing)核表示(shi)為"水(shui)合(he)氫(qing)離(li)子(zi)"。負的(de)氫(qing)氧(yang)根(gen)離(li)子(zi)稱(cheng)為(wei)"氫(qing)氧(yang)化(hua)物離(li)子(zi)"。

利用(yong)質量作(zuo)用(yong)定律(lv)，對於純水(shui)的離(li)解可(ke)以(yi)找到(dao)平衡常(chang)數加以(yi)表示(shi):

K=H3×OH----H2O

由於水(shui)只有少(shao)量被離(li)解，因(yin)此水(shui)的質量摩(mo)爾(er)濃度(du)實(shi)際(ji)為常(chang)數，並且有平衡常(chang)數K可(ke)求出(chu)水(shui)的離(li)子(zi)積KW。

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

也(ye)就是(shi)說(shuo)對於升(sheng)純(chun)水(shui)在(zai)25℃時(shi)存(cun)在(zai)10摩(mo)爾(er)H3O離(li)子(zi)和10摩(mo)爾(er)OHˉ離(li)子(zi)。

在(zai)中(zhong)性(xing)溶液(ye)中(zhong)，氫(qing)離(li)子(zi)H和氫(qing)氧(yang)根(gen)離(li)子(zi)OHˉ的濃度(du)都(dou)是(shi)10mol/l。如(ru):

假(jia)如有過(guo)量的(de)氫(qing)離(li)子(zi)H，則溶液(ye)呈(cheng)酸性(xing)。酸是能使水(shui)溶液(ye)中(zhong)的氫(qing)離(li)子(zi)H遊離(li)的物(wu)質。同樣(yang)，如(ru)果(guo)使OHˉ離(li)子(zi)遊離(li)，那(na)麽(me)溶液(ye)就(jiu)是堿(jian)性的。所(suo)以(yi)，給(gei)出(chu)H值就足以表示(shi)溶液(ye)的(de)性，呈(cheng)酸性還(hai)是(shi)堿(jian)性，為(wei)了(le)免於用(yong)此分子(zi)濃度(du)負(fu)冪數行(xing)運算(suan)，生物學(xue)家澤(ze)倫森(sen)(Soernsen)在(zai)1909年(nian)建議(yi)將(jiang)此不(bu)便使用(yong)的數值(zhi)用(yong)對數代替，並定義為"pH值"。數學(xue)上(shang)定義pH值為氫(qing)離(li)子(zi)濃度(du)的(de)常(chang)用(yong)對數負(fu)值(zhi)。即pH=-log[H]。

因(yin)此，pH值(zhi)是離(li)子(zi)濃度(du)以(yi)10為(wei)底的對數的(de)負(fu)數:

改(gai)變50m的水(shui)的pH值(zhi)，從pH2到pH3需要(yao)500L漂(piao)白劑(ji)。然而(er)，從pH6到pH7只需(xu)要(yao)50L的(de)漂白劑(ji)。

測量pH值(zhi)的方(fang)法(fa)很多(duo)，主要(yao)有化學(xue)分析(xi)法(fa)、試紙法(fa)、電位(wei)法(fa)。現(xian)主(zhu)要(yao)介紹電位(wei)法(fa)測(ce)得pH值。

電位(wei)分析(xi)法(fa)所(suo)用(yong)的電被稱(cheng)為(wei)原電池。原電池是個(ge)系統，它的(de)作用(yong)是使化(hua)學(xue)反(fan)應能量轉成為電能。此電池的電壓(ya)被稱(cheng)為(wei)電動勢(EMF)。此電動勢(EMF)由二個半電池構成(cheng)，其(qi)中個半電池稱(cheng)作(zuo)示電，它的(de)電位(wei)與定的(de)離(li)子(zi)活度(du)有關，如(ru)H;另個(ge)半電池為參(can)比半電池，通常(chang)稱(cheng)作(zuo)參比電，它般是(shi)測量溶液(ye)相(xiang)通，並且與測量儀(yi)表相(xiang)連。

例(li)如，支(zhi)電由根(gen)插(cha)在(zai)含(han)有銀離(li)子(zi)的鹽(yan)溶液(ye)中(zhong)的根(gen)銀導線制成，在(zai)導(dao)線和溶液(ye)的(de)界面(mian)處，由於金(jin)屬和(he)鹽溶液(ye)二種物(wu)相中銀離(li)子(zi)的不(bu)同活度(du)，形成離(li)子(zi)的充(chong)電過(guo)程(cheng)，並形成定(ding)的電位(wei)差(cha)。失(shi)去(qu)電子(zi)的銀(yin)離(li)子(zi)溶液(ye)。當(dang)沒有施加外(wai)電反(fan)充電，也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)沒有電的(de)話，這過(guo)程(cheng)終(zhong)會達(da)到(dao)個(ge)平衡。在(zai)這(zhe)種(zhong)平衡狀(zhuang)態(tai)下存(cun)在(zai)的(de)電壓(ya)被稱(cheng)為(wei)半電池電位(wei)或(huo)電電位(wei)。這(zhe)種(zhong)(如上(shang)所(suo)述(shu))由金(jin)屬和(he)含有此金(jin)屬離(li)子(zi)的溶液(ye)組(zu)成的電被稱(cheng)為(wei)類(lei)電。

分類(lei)

人們(men)根據與生活的需(xu)要(yao)，地(di)研(yan)究(jiu)了(le)許(xu)多(duo)型號的(de)酸度(du)計(ji):

按測(ce)量度(du)

可(ke)分0.2、0.1、0.01或(huo)更(geng)度(du)。

按(an)儀(yi)器體積(ji)

分為(wei)筆式(shi)(迷(mi)妳(ni)型)、便攜(xie)式(shi)、臺式(shi)還(hai)有在(zai)線連續(xu)監控(kong)測量的(de)在(zai)線式(shi)。

根(gen)據使用(yong)的要(yao)求

筆(bi)式(shi)(迷(mi)妳(ni)型)與便攜(xie)式(shi)pH酸(suan)堿度(du)計(ji)般是(shi)檢測人(ren)員(yuan)帶(dai)到(dao)現(xian)場檢測使用(yong)。

選擇pH酸堿(jian)度(du)計(ji)的度(du)別(bie)是(shi)根(gen)據用(yong)戶測(ce)量所(suo)需(xu)的(de)度(du)決(jue)定(ding)，而後根(gen)據用(yong)戶方(fang)便使用(yong)而選(xuan)擇各式(shi)形狀(zhuang)的(de)pH計(ji)。

◆按便攜(xie)性(xing)分的(de)，分為(wei):便攜(xie)式(shi)pH計(ji)，臺式(shi)pH計(ji)和筆(bi)式(shi)pH計(ji)。

◆按用(yong)途分為(wei):實驗室用(yong)pH計(ji)，業在(zai)線pH計(ji)等。

◆按(an)程度(du)分為(wei)經濟(ji)型pH計(ji)，智能型pH計(ji)，型pH計(ji)或(huo)分為(wei)針式(shi)pH計(ji)，數顯(xian)式(shi)pH計(ji)。

◆筆式(shi)pH計(ji)，般制成單量程(cheng)，測量範(fan)圍(wei)狹(xia)窄，為用(yong)簡便儀(yi)器。

便攜(xie)式(shi)和(he)臺式(shi)pH計(ji)測量範(fan)圍(wei)較廣(guang)，常(chang)用(yong)儀(yi)器，不同點是(shi)便攜(xie)式(shi)采用(yong)直供(gong)電，可(ke)攜(xie)帶(dai)到(dao)現(xian)場。實(shi)驗(yan)室(shi)pH計(ji)測量範(fan)圍(wei)廣(guang)、能多(duo)、測量度(du)。

業(ye)用(yong)pH計(ji)的點(dian)是(shi)要(yao)求穩(wen)定(ding)性(xing)好(hao)、作可(ke)靠(kao)，有定的(de)測量度(du)、環(huan)境適應能力(li)強(qiang)、抗幹(gan)擾能力(li)強(qiang)，具(ju)有模擬(ni)裏量輸(shu)出、數字通訊、上(shang)下限報(bao)警(jing)和控制能等。

別(bie)度(du)

酸(suan)度(du)計(ji)的別(bie)和(he)儀(yi)器的準(zhun)確(que)度(du)是(shi)不(bu)同的兩(liang)個概(gai)念，儀(yi)器別(bie)與其(qi)準確度(du)並不致(zhi)。酸度(du)計(ji)的別(bie)是(shi)按(an)其(qi)示器(簡稱(cheng)電計(ji))的分度(du)值(zhi)(分辨(bian)率或(huo)小(xiao)顯示(shi)值)表示(shi)的，例(li)如:分度(du)為(wei)0.1pH的(de)儀(yi)器稱(cheng)為(wei)0.1儀(yi)器;小(xiao)顯示(shi)值為0.001pH的(de)儀(yi)器稱(cheng)為(wei)0.001儀(yi)器，等等。而(er)儀(yi)器的準(zhun)確(que)度(du)是(shi)電計(ji)與電配套(tao)測試標準溶液(ye)的(de)綜合(he)誤(wu)差(cha)，它不(bu)僅與電計(ji)有關，而(er)且與玻璃(li)電和(he)參(can)比(bi)電更(geng)有關。從實際(ji)使用(yong)要(yao)求出(chu)發，電計(ji)的分度(du)值(zhi)為(wei)0.1~0.001pH，如果(guo)有的話，依當(dang)前的科(ke)水(shui)平，可(ke)以(yi)制作出(chu)更的(de)電計(ji)。但(dan)是(shi)，由於結構(gou)和(he)制等方(fang)面(mian)的原因，常(chang)用(yong)電的(de)性(xing)能還(hai)不(bu)能達(da)到(dao)理(li)想(xiang)的程度(du)。

玻璃(li)電的(de)重(zhong)復性(xing)誤差(cha)和參(can)比電的(de)溶液(ye)接界(jie)電勢穩(wen)定(ding)性(xing)都(dou)不(bu)優(you)於0.01pH。因此，電計(ji)的分辨(bian)率再(zai)，儀(yi)器測試準確(que)度(du)都(dou)難(nan)優(you)於0.01pH。但(dan)是(shi)，選(xuan)擇分辨(bian)率的(de)儀(yi)器可(ke)以(yi)大限度(du)地(di)克(ke)服或(huo)消(xiao)除電計(ji)對測試誤差(cha)的影(ying)響(xiang)。由於要(yao)使電計(ji)達(da)到(dao)滿(man)意的度(du)已不成(cheng)問(wen)題，所(suo)以(yi)都(dou)在(zai)儀(yi)器的智(zhi)能化，人(ren)性(xing)化，可(ke)靠(kao)性，操(cao)作(zuo)簡便以及(ji)性價比(bi)等方(fang)面(mian)不斷(duan)新和提(ti)。酸(suan)度(du)計(ji)的別(bie)與其(qi)測試準確(que)度(du)的(de)關系(xi)在(zai)酸(suan)度(du)計(ji)家計(ji)量檢定規(gui)程(cheng)(JJG119-84)中規定(ding)如下:

PH度(du)計(ji)儀(yi)器的別(bie)0.2、0.1、0.02、0.01、0.001

分度(du)值(zhi)或(huo)小(xiao)顯示(shi)值(pH)0.2、0.1、0.02、0.01、0.001

電計(ji)示值(zhi)誤(wu)差(cha)(pH)±0.1、±0.05、±0.01、±0.01、±0.002

配套(tao)測試示值(zhi)總(zong)誤(wu)差(cha)(pH)±0.2、±0.1、±0.02、±0.02、±0.01

註:配套(tao)測試時的(de)測試範圍(wei)應控(kong)制在(zai)pH3~pH10內(nei)。從上(shang)表可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，對於0.01以下的(de)酸(suan)度(du)計(ji)，示值(zhi)總(zong)誤(wu)差(cha)數值(zhi)等於其(qi)別(bie)，對於0.01的酸(suan)度(du)計(ji)，示值(zhi)總(zong)誤(wu)差(cha)為0.02pH，對於0.001酸度(du)計(ji)，其(qi)示值總(zong)誤(wu)差(cha)也只能達(da)到(dao)±0.01pH，而(er)且此時(shi)需要(yao)使用(yong)pH標準物(wu)質才能得到保證(zheng)。(註(zhu)意:pH家標準物(wu)質分和(he)二兩種(zhong)，般酸(suan)度(du)計(ji)常(chang)用(yong)的是(shi)二pH標準物(wu)質