目前酸度计种类、型号很多,但基本构造都相似,都主要由指示电极、参比电极、被测液、导线连接组成一个原电池装置,工作装置如下图所示。
1.参比电极
在工作电池中,电位恒定不变的电极称为参比电极。参比电极是决定指示电极电位的重要因素。精确的参比电极是标准氢电极,但于其制作比较麻烦,实际应用不多。常见的参比电极是甘电极和银-氯化银电极。
(1)甘汞电极是由汞(Hg)和甘汞的糊状物装入一定浓度的溶液中构成的。
甘汞电极(参比电极)的特点是电位值固定不变,其电极反应式如下:
电位在t=25℃时表达式为:
其中为标准甘汞电极电位值。由上式可知,当t一定时,甘汞电极的点位值取决于KC1溶液中CI-浓度。C1-汞电极中氯化钾溶液常用的浓度有三种,每种对应的甘汞电极的电极电位如下:
(2)银-氯化银电极
也是一种广泛应用的参比电极,它是将银丝表面镀上一层氯化银,侵入到用氯化银饱和的一定浓度的氯化钾溶液中,其电极反应为:
由上式可知,当l一定时,银-氯化银电极的点位置也取决于KC1溶液中的C1-浓度,银-氯化银电极中氯化钾溶液常用的浓度有三种,每种浓度对应的银-氯化银电极的电位如下:
2.指示电极
指示电极的电位随待测离子的浓度的变化而改变。为避免共存离子的干扰,要求指示电极对其响应离子应具有较高的选择性。另外,指示电极还应具有灵敏度高、测量浓度范围宽、响应速度快等特点。按结构和原理的不同,可将指示电极分为金属-金属离子电极、金属-金属难溶盐电极、惰性金属电极和离子选择性电极等。在直接电位法测定溶液pH中,常见的是离子选择性电极中的pH玻璃电极。
(1)pH玻璃电极的构造如图所示。它的主要部分是一个玻璃泡,泡的下半部为特殊材料组成的玻璃薄膜。膜厚为30~100μm。在玻璃泡中装有O.lmol/LHCl溶液作为内参比溶液(或称为内充液),内充液中插入一根银-氯化银电极作为内参比电极。内参比电极的电位是恒定的,与被测溶液的PH无关。玻璃电极作为指示电极,其作用主要在玻璃膜上。
(2)膜电位当玻璃电极作为指示电极浸人被测溶液时,玻璃膜处于内部溶液和试样溶液之间,这时跨越玻璃膜产生一电位差△EM,这种电位差称为膜电位,它与氢离子活度之间的关系符合能斯特公式:
(3)不对称电位由式可见,当ch试=ch内时,厶EM应为零。但实际上测量表明并不等于零,跨越玻璃膜仍存在一定的电位差,这种电位差称为不对称电位。当玻璃电极在水溶液中长吋间浸泡后,可使不对称电位达到恒定值,合并于式的常数K中。
(4)玻璃电极的电位玻璃电极具有内参比电极,通常是银-氯化银电极,其电位是恒定的,与待测pH无关。所以玻璃电极的电位值应是内参比电极和膜电位之和。
玻璃电极的优点是对H+有高度的选择性,使用范围广,不受氧化剂、还原剂影响,适用于有色、浑浊或胶态溶液的pH测定及具有响应快(达到平衡快)、不沾污试液的特点。但由于膜太薄,不能用于含F-的溶液,并且电极电阻高。玻璃电极的pH测量范围一般为1~10。当试液PH<1时,测量结果偏高,称为“酸差”。当试液pH>10时,测量结果偏低,称为“碱差”或“钠差”。
酸度计在使用过程中,测量结果的准确性非常重要,但是我们在测试过程中,有时候发现测量的结果却不准确?那是仪器损坏了吗?不一定,也有可能是测试的电极出现问题。
如果您在使用酸度计的过程中,发现测试的结果与之前测量的结果偏差比较大,你可以尝试下面几种方法对电极进行处理,一般都可解决出现的测试问题。
1.外参比溶液受污染,对于可充式电极,可以配制新的KCl溶液,再加进去,注意第一、二次加进去时要再倒出来,以便将电极内腔洗净。
2.电极球泡和液接界受污染,可以用细的毛刷、棉花球或牙签等,仔细去除污物。有些塑壳pH电极头部的保护罩可以旋下,清洗就更方便了,如污染严重,可按前面的方法使用清洁剂清洗。
3.玻璃敏感膜老化:将电极球泡用0.lmol/L稀盐酸浸泡24小时。用纯水洗净,再用电极浸泡溶液浸泡24小时.
在注重使用酸度计方法的时候,也要正确认识酸度计的电极使用。目前实验室使用的电极都是复合电极,其优点是使用方便,不受氧化性或还原性物质的影响,且平衡速度较快。使用时,将电极加液口上所套的橡胶套和下端的橡皮套全取下,以保持电极内氯化钾溶液的液压差。下面就把电极的使用与维护简单作一介绍:
1.复合电极不用时,可充分浸泡3M氯化钾溶液中。切忌用洗涤液或其他吸水性试剂浸洗。
2.使用前,检查玻璃电极前端的球泡。正常情况下,电极应该透明而无裂纹;球泡内要充满溶液,不能有气泡存在。
其次,在校准前应特别注意待测溶液的温度。以便正确选择标准缓冲液,并调节电计面板上的温度补偿旋钮,使其与待测溶液的温度一致。不同的温度下,标准缓冲溶液的pH值是不一样的。
校准工作结束后,对使用频繁的pH计一般在48小时内仪器不需再次定标。如遇到下列情况之一,仪器则需要重新标定:
1.溶液温度与定标温度有较大的差异时;
2.电极在空气中暴露过久,如半小时以上时;
3.定位或斜率调节器被误动;
4.测量过酸(pH<2)或过碱(pH>12)的溶液后;
5.换过电极后;
6.当所测溶液的pH值不在两点定标时所选溶液的中间,且距7pH又较远时。
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