PH酸度計(jì)的原理、分類與使用

摘要]本文講述了PH酸度計(jì)的定義、原理及各種測量方法；PH酸度計(jì)的大致分類。主要是針對目前市場使用較多的PH酸度計(jì)、傳感器原理進(jìn)行分析，對PH酸度計(jì)分類進(jìn)行簡單介紹。

關(guān)鍵詞[酸性、堿性、中性、PH酸度計(jì)。

隨著人民生活水平的提高，PH酸度計(jì)逐步進(jìn)入了我們的生活，與我們的生活息息相關(guān)，廣泛應(yīng)用在環(huán)保、食品、化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域。
    PH酸度計(jì)的定義、原理與測量方法
什么是PH？PH是拉丁文“Pondus  
    hydrogenii”一詞的縮寫（Pondus=壓強(qiáng)、壓力hydrogenium=氫），用來量度物質(zhì)中氫離子的活性。這一活性直接關(guān)系到水溶液的酸性、中性和堿性。水在化學(xué)上是中性的，但不是沒有離子，即使化學(xué)純水也有微量被離解：嚴(yán)格地講，只有在與水分子水合作以前，氫核不是以自由態(tài)存在。
   H2O+ H2O= + OHˉ  
    由于水全氫離子（H3O）的濃度事與氫離子（H）濃度等同看待，上式可以簡化成下述常用的形式：
   H2O= + OHˉ  
    此處正的氫離子人們在化學(xué)中表示為“ 離子”或“氫核”。水合氫核表示為“水合氫離子”。負(fù)的氫氧根離子稱為“氫氧化物離子”。
利用質(zhì)量作用定律，對于純水的離解可以找到一平衡常數(shù)加以表示：
由于水只有極少量被離解，因此水的克分子濃度實(shí)際為一常數(shù)，并且有平衡常數(shù)K可求出水的離子積KW。
   KW=K×H2O KW = H3O+·ＯＨ－=10－7·10－7=10mol/l(25℃)  
    也就是說，對于一升純水在25℃時存在10－7摩爾
離子和10－7摩爾OHˉ離子。
在中性溶液中，氫離子
和氫氧根離子OHˉ的濃度都是10－7mol/l。
如：
假如有過量的氫離子
，則溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氫離子
游離的物質(zhì)。同樣，如果氫離子并使OHˉ離子游離，那末溶液就是堿性的。所以，給出值就足以表示溶液的特性，呈酸性堿性，為了免于用此克分子濃度負(fù)冥指數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，生物學(xué)家澤倫森（Soernsen）在1909年建議將此不便使用的數(shù)值用對數(shù)代替，并定義為“pH值”。數(shù)學(xué)上定義pH值為氫離子濃度的常用對數(shù)負(fù)值。即時因此，PH值是離子濃度以10為底的對數(shù)的負(fù)數(shù)：
　　
　
酸
中性
堿
←　　　　　→  
PH值
改變50 的水的pH值，從pH2到pH3需要500l漂白劑。然而，從pH6到pH7只需要50l的漂白劑。
測量PH值的方法很多，主要有化學(xué)分析法、試紙法、電位法。現(xiàn)主要介紹電位法測得PH值。
電位分析法所用的電極被稱為原電池。原電池是一個系統(tǒng)，它的作用是使化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)成為電能。此電池的電壓被稱為電動勢（EMF）。此電動勢（EMF）由二個半電池構(gòu)成。其中一個半電池稱作測量電極，它的電位與特定的離子活度有關(guān)如：
另一個半電池為參比半電池，通常稱作參比電極，它一般是測量溶液相通，并且與測量儀表相連。
例如，一支電極由一根插在含有銀離子的鹽溶液中的一根銀導(dǎo)線制成，在導(dǎo)線和溶液的界面處，由于金屬和鹽溶液二種物相中銀離子的不同活度，便形成離子的充電過程，并形成一定的電位差。失去電子的銀離子進(jìn)溶液。當(dāng)沒有施加外電流進(jìn)行反充電，也就是說沒有電流的話，這一過程最終會達(dá)到一個平衡。在這種平衡狀態(tài)下存在的電壓被稱為半電池電位或電極電位。
這種（如上所述）由金屬和含有此金屬離子的溶液組成的電極被稱為第一類電極。
此電位的測量是相對一個電位與鹽溶液的成分無關(guān)的參比電極進(jìn)行的。這種具有獨(dú)立電位的參比電極也被稱為第二電極。對于此類電極，金屬導(dǎo)線都是覆蓋一層此種金屬的微溶性鹽（如：Ag/AgCL），并且插入含有此種金屬鹽限離子的電解質(zhì)溶液中。此時半電池電位或電極電位的大小取決于此種陰離子的活度。
此二種電極之間的電壓遵循能斯特（NERNST）公式：
            E=E0+ R·T·1n a Men·F
            式中：E—電位
            E0—電極的標(biāo)準(zhǔn)電壓
            R—?dú)怏w常數(shù)（8.31439焦耳/摩爾和℃）
            T—開氏絕對溫度（例：20℃=273+293開爾文）
            F—法拉弟常數(shù)（96493庫化/當(dāng)量）
            n—被測離子的化合價(jià)（銀=1，氫=1）
            aMe—離子的活度
標(biāo)準(zhǔn)氫電極是所有電位測量的參比點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)氫電極是一根鉑絲，用電解的方法鍍（涂覆）上氯化鉑，并且在四周充入氫氣（固定壓力為1013hpa）構(gòu)成的。
將此電極浸入在25℃時
離子含量為1mol/l溶液中，便形成電化學(xué)中所有電位測量所參照的半電池電位或電極電位。其中氫電極做為參比電極在實(shí)踐中很難實(shí)現(xiàn)，于是使用第二類電極做為參比電極。其中最常用的便是銀/氯化銀電極。該電極通過溶解的AgCl對于氯離子濃度的變化起反應(yīng)。
此參比電極的電極電位通過飽和的kcl貯池（如：3mol/l kcl）來實(shí)現(xiàn)恒定。液體或凝膠形式的電解質(zhì)溶液通過隔膜與被測溶液相連通。
利用上述的電極組合—銀電極和Ag/AgCl參比電極可以測量膠片沖洗液中的銀離子含量。也可以將銀電極換成鉑或金電極進(jìn)行氧化還原電位的測量。例如：某種金屬離子的氧化階段。
最常用的PH指示電極是玻璃電極。它是一支端部吹成泡狀的對于pH敏感的玻璃膜的玻璃管。管內(nèi)充填有含飽和AgCl的3mol/l kcl  
緩沖溶液，pH值為7。存在于玻璃膜二面的反映PH值的電位差用Ag/AgCl傳導(dǎo)系統(tǒng)，
如第二電極，導(dǎo)出。PH復(fù)合電極如圖（一）
此電位差遵循能斯特公式：
            E=E0+ R·T·1n a H3O+n·F
            E=59.16mv/25℃ per pH  
    式中R和F為常數(shù)，n為化合價(jià)，每種離子都有其固定的值。對于氫離子來講，n=1。溫度“T”做為變量，在能斯特公式中起很大作用。隨著溫度的上升，電位值將隨之增大。
對于每1℃的溫度變大，將引起電位0.2mv/per pH變化。用pH值來表示，則每1℃第1pH變化0.0033pH值。
這也就是說：對于20~30℃之間和7pH左右的測量來講，不需要對溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償；而對于溫度＞30℃或＜20℃和pH值＞8pH或6pH的應(yīng)用場合則必須對溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。
從以上我們對PH測量的原理進(jìn)行了分析而得知我們只要用一臺毫伏計(jì)即可把PH值顯示出來
PH酸度計(jì)的分類
人們根據(jù)生產(chǎn)與生活的需要，科學(xué)地研究生產(chǎn)了許多型號的酸度計(jì)：
按測量精度上可分0.2級、0.1級、0.01級或更高精度
按儀器體積上分有筆式（迷你型）、便攜式、臺式還有在線連續(xù)監(jiān)控測量的在線式。
根據(jù)使用的要求：
筆式（迷你型）與便攜式PH酸度計(jì)一般是檢測人員帶到現(xiàn)場檢測使用

使用方法：
1）溫度的輸入
每次測定溶液的pH前先看一下溫度，如果溫度設(shè)定值與樣品溫度不同的話，務(wù)必輸入新的溶液的溫度值。
2）溫度的讀數(shù)和輸入：
按一次（模式）進(jìn)入溫度方式，顯示屏即有“℃”圖樣顯示，同時顯示屏將顯示最近一次輸入的溫度值，小數(shù)點(diǎn)閃爍。如果要輸入新的溫度值，則按一下（標(biāo)準(zhǔn)），此時首先是溫度值的十位數(shù)從0開始閃爍，每隔一段時間加“1”。當(dāng)十位數(shù)到達(dá)所要的數(shù)值時，按一下（讀數(shù)），這時十位數(shù)固定不變，個位數(shù)開始閃爍，并且累加。當(dāng)個位數(shù)到達(dá)所要的數(shù)值時，按一下（讀數(shù)），十位數(shù)和個位數(shù)均保持不變，小數(shù)點(diǎn)后十分位開始在“0”和“5”之間變化。當(dāng)?shù)竭_(dá)需要數(shù)值時按（讀數(shù)），溫度值將固定，且小數(shù)點(diǎn)停止閃爍，此時溫度值已被讀入pH計(jì)。完成溫度輸入后，按（模式）回到pH或mV方式。
注意：在溫度輸入后，但在未退出溫度方式前想改變溫度設(shè)定值，只需按一下（讀數(shù)）使小數(shù)點(diǎn)閃爍，然后按（校準(zhǔn)），照上述步驟重新輸入溫度值。在溫度輸入過程中，若想重新輸入溫度，按（校準(zhǔn)），然后按上述步驟重新輸入溫度值。
320-S pH計(jì)在關(guān)機(jī)后將仍保留此溫度值。

3）測定pH值
在樣品測定前進(jìn)行常規(guī)校準(zhǔn)，并檢查當(dāng)前溫度值，確定是否要輸入新的溫度值。
測定pH值：
將電極放入樣品中并按（讀數(shù)），啟動測定過程，小數(shù)點(diǎn)會閃爍。
顯示屏同時顯示數(shù)字式及模擬式pH值。模擬式尺度從1~7或7~14.超出或不足顯示范圍的數(shù)值由箭頭表示。
將顯示靜止在終點(diǎn)數(shù)值上，按（讀數(shù)），小數(shù)點(diǎn)停閃。
啟動一個新的測定過程，再按（讀數(shù)）。


4）設(shè)置校準(zhǔn)溶液組：
要獲得最精確的pH值，你必須周期性的校準(zhǔn)電極。有3組校準(zhǔn)緩沖液供選擇（每組有3種不同pH值的校準(zhǔn)液）：
組1（b＝1）：pH4.00
7.00
10.00
組2（b＝2）：pH4.01
7.00
9.21
組3（b＝3）：pH4.01
6.86
9.18
按下列步驟選擇緩沖液：
（1）按（開/關(guān)）關(guān)閉顯示器。
（2）按（模式）并保持，再按（開/關(guān)）。松開（模式）顯示屏顯示b＝3(或當(dāng)前的設(shè)定值)
（3）按（校準(zhǔn)）顯示b=1，或b＝2
（4）按（讀數(shù)）選擇合適的組別，即使遇上斷電320-S pH計(jì)也仍保留此設(shè)置。
注意：
1.
所選擇組別必須與所使用的緩沖液相一致；
2.
當(dāng)你進(jìn)入設(shè)置校準(zhǔn)溶液組菜單后，你以前的電極校正數(shù)據(jù)及所選擇的校正溶液組已改為出廠設(shè)置，因此在進(jìn)行樣品測量前，須重新進(jìn)行校準(zhǔn)溶液組的設(shè)置及電極校正。


5）校準(zhǔn)pH電極：
首先測出緩沖液的溫度，并進(jìn)入溫度方式輸入當(dāng)前緩沖液的溫度。
一點(diǎn)校準(zhǔn)：
將電極放入第一個緩沖液并按（校準(zhǔn)）；
320-S pH計(jì)在校準(zhǔn)時自動判定終點(diǎn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)終點(diǎn)時相應(yīng)的緩沖液指示器顯示，要人工定義終點(diǎn)，按（讀數(shù)）；
要回到樣品測定方式，按（讀數(shù)）。
兩點(diǎn)校準(zhǔn)：
繼續(xù)第二點(diǎn)校準(zhǔn)操作，按（校準(zhǔn)）；
將電極放入第二種緩沖液并按上述步驟操作，當(dāng)顯示靜止后電極斜率值簡要顯示。
要回到樣品測定方式，按（讀數(shù)）。


6）測定mV值
按下列步驟測定某一樣品的mV絕對值。
將電極放入樣品并按（讀數(shù)）啟動測定過程；（顯示屏顯示該樣品的mV絕對值。）
要將顯示靜止在終點(diǎn)值上，按（讀數(shù)）；要啟動一個新的測定過程，按（讀數(shù)）。

7）圖表記錄儀
pH－輸出值同顯示值，并且每pH單位大約相當(dāng)于60mV。此數(shù)值隨電極斜率的變化而變化；
mV－輸出值同顯示值，即當(dāng)顯示在－1999~1999mV間變化，輸出值也隨之在此范圍內(nèi)變化。

寫得有點(diǎn)亂，有的PH計(jì)與所寫的東西不一樣。

謝謝分享，樓主辛苦了，送你一朵https://baike.baidu.com/item/%E8 ... %B1/4951?fr=aladdin[/url]！

謝謝分享，單位準(zhǔn)備向理化發(fā)展，先研究研究。

學(xué)習(xí)了，謝謝樓主！
想問下，我們的PH計(jì)是廢水處理池用的那種，電極是通過一根很長的導(dǎo)線連接到控制室的，而且連接線都是走的暗線，不好取下。請問這種PH計(jì)如何進(jìn)行周期檢定。

OUYANGGANG 發(fā)表于 2018-7-26 15:09
學(xué)習(xí)了，謝謝樓主！
想問下，我們的PH計(jì)是廢水處理池用的那種，電極是通過一根很長的導(dǎo)線連接到控制室的， ...

依據(jù)JJF1547-2015《在線pH計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》

19555514 發(fā)表于 2018-8-1 10:53
依據(jù)JJF1547-2015《在線pH計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》

謝謝樓上同行，記下了。

感謝分享，很有價(jià)值

好東西，感謝樓主

非常經(jīng)典，學(xué)習(xí)啦

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OUYANGGANG 發(fā)表于 2018-7-26 15:09
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不用取線，探頭取出來就可以了

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謝謝分享，資料很詳細(xì)

廢水量測需注意連接電極至Meter,線路需要乾燥!反之，會影響量測數(shù)值!

謝謝分享，已收藏

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目前最新的PH計(jì)檢規(guī)是2018版的，不過還沒有來得及深究，深度研究。

內(nèi)容豐富，謝謝樓主分享