酸度计除测量溶液的酸度外,还可以测量电池电动势(mV)。主要由参比电极(甘汞电极),指示电极(玻璃电极)和精密电位计三部分组成。测量时用玻璃电极作指示电极,饱和甘汞电极(SCE)作参比电极,组成电池.
一、酸度计基本原理
酸度计是用来测量溶液pH值的仪器。
实验室常用的酸度计有雷磁25型,PHS-2型和PHS-3型等。虽然型号较多、结构各异.但它们的原理相同。面板构造有刻度指针显示和数字显示两种。下面分别介绍pHS一2C型和pHS-29型酸度计。酸度计测pH值的方法是电位测定法。
二、酸度计的保养
1、pH玻璃电极的贮存短期:贮存在pH=4的缓冲溶液中;长期:贮存在pH=7的缓冲溶液中。
2、酸度计pH玻璃电极的清洗玻璃电极球泡受污染可能使电极响应时间加长。可用CCl4或皂液揩去污物,然后浸入蒸馏水一昼夜后继续使用。污染严重时,可用5%HF溶液浸10~20分钟,立即用水冲洗干净,然后浸入0.1NHCl溶液一昼夜后继续使用。
3、酸度计玻璃电极老化的处理玻璃电极的老化与胶层结构渐进变化有关。旧电极响应迟缓,膜电阻高,斜率低。用氢氟酸浸蚀掉外层胶层,经常能改善电极性能。若能用此法定期清除内外层胶层,则电极的寿命几乎是无限的。
4、酸度计参比电极的贮存银-氯化银电极可以的贮存液是饱和lv化钾溶液,高浓度lv化钾溶液可以防止lv化银在液接界处沉淀,并维持液接界处于工作状态。此方法也适用于复合电极的贮存。
5、酸度计参比电极的再生参比电极发生的问题绝大多数是由液接界堵塞引起的,可用下列方法解决:
(1)浸泡液接界:用10%饱和lv化钾溶液和90%蒸馏水的混合液,加热至60~70℃,将电极浸入约5cm,浸泡20分钟至1小时。此法可溶去电极端部的结晶。(
(2)氨浸泡:当液接界被氯化银堵塞时可用浓氨水浸除。具体方法是将电极内充洗净,液放空后浸入氨水中10~20分钟,但不要让氨水进入电极内部。取出电极用蒸馏水洗净,重新加入内充液后继续使用。
(3)真空方法:将软管套住参比电极液接界,使用水流吸气泵,抽吸部分内充液穿过液接界,除去机械堵塞物。
(4)煮沸液接界:银-氯化银参比电极的液接界浸入沸水中10~20秒。注意,下一次煮沸前,应将电极冷却到室温。
(5)当以上方法均无效时,可采用砂纸研磨的机械方法去除堵塞。此法可能会使研磨下的砂粒塞入液接界。造成永久性堵塞。
随着酸度计的普及,越来越多的用户开始关心酸度计的品质,那么如何判断酸度计的质量故此粗略谈下判断酸度计质量的一些常用方法。
从使用角度来看,酸度计的判断主要体现在:
1、准确性:
没有准确性的酸度计没有任何使用价值。判断的方式是使用高精度的或高精度的标准液校验。
2、稳定性:
一台不稳定的酸度计读数困难,也很难保证仪器的准确性,稳定性表现在两方面,一方面是单台仪器的稳定性,可以将同一仪器长时间放置稳定溶液中,看数值是否变化及变化幅度;另一方面的多台仪器的稳定性,将几台校验好的同一型号仪器放同一稳定溶液中看读数是否一致,误差有多少,如果几台同型号仪器之间不能保证稳定性,那就很难保证每台仪器的准确和稳定性。
3、常见误差的调整:
温度是最明显的造成PH误差的因数,有无温度探头,以及温度探头的灵敏度同样影响仪器的使用。
4、操作方便,界面美观:
使用者这方面是比较容易判断的,有些旧式的仪器,采用模拟开关,导致校准困难,细小的变化不容易发觉,容易产生致命的系统误差。另一方面,考虑到成本和技术的原因,仍然有许多仪器采用LED数码管,显示内容不够丰富,当然也有厂商通过一定途径弥补了这一缺点。目前比较多采用的方便操作的界面一般是LCD液晶显示+键盘式操作。
5、探头优劣:
这点毋庸置疑,探头的性能直接影响仪器的一些技术指标,再优越的仪器配备劣质探头都是无济于事。
6、安全性:
近年越来越多的客户对操作安全性开始关注,设计良好的仪器采用较低的安全电压输入可以大大提高安全性能。
从技术角度来说,主要体现在:
1、设计原理:
设计原理是整台机器的灵魂,优秀的设计可以降低成本的同时提高精度,这点大家智者见智,仁者见仁。但有一最大的区别是模拟电路和数值电路的区别,随着技术的发展和单片机价格的降低,使得近年数值电路越发成为主流产品。他的许多优点是模拟电路所无法比拟的。
2、生产工艺:
再好的设计,再好的产品,如果没有好的生产工艺和检验手段也是无济于事,制造工艺主要体现在内部线路和元器件,许多单位考虑到成本和技术,内部线路紊乱粗糙,或则使用低品质的元器件,这样的仪器没办法保证他的长期准确稳定和安全。
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”。