pH计,是指用来测定溶液酸碱度值的仪器。pH计是利用原电池的工作的,既与的自身属性有关,还与溶液里的氢离子浓度有关。原电池的电动势和氢离子浓度之间存在对应关系,氢离子浓度的负对数即为pH值。pH计是一种常见的分析仪器,广泛应用在农业、环保和工业等。土壤pH值是土壤重要的基本性质之一。在pH测定过程中应考虑待测溶液温度及离子强度等因素。
原理
H2O+ H2O=H3O+ OHˉ,由于水合氢离子(H3O)的浓度是与氢离子(H)浓度等看待,上式可以简化成下述常用的形式:
H2O=H+ OHˉ
此处正的氢离子,人们在化学中表示为"H离子"或"氢核"。水合氢核表示为"水合氢离子"。负的氢氧根离子称为"氢氧化物离子"。
利用质量作用定律,对于纯水的离解可以找到一平衡常数加以表示:
K=H3O×OH----H2O
由于水只有少量被离解,因此水的质量摩尔浓度实际为一常数,并且有平衡常数K可求出水的离子积KW。
KW=K×H2O KW= H3O·OH-=10·10=10mol/l(25℃)
也就是说对于一升纯水在25℃时存在10摩尔H3O离子和10摩尔OHˉ离子。
在中性溶液中,氢离子H和氢氧根离子OHˉ的浓度都是10mol/l。如:
假如有过量的氢离子H,则溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氢离子H游离的物质。如果使OHˉ离子游离,那么溶液就是碱性的。所以,给出H值就足以表示溶液的,呈酸性还是碱性,为了免于用此分子浓度负幂指数进行运算
因此,pH值是离子浓度以10为底的对数的负数:
改变50m的水的pH值,从pH2到pH3需要500L漂白剂。然而,从pH6到pH7只需要50L的漂白剂。
测量pH值的方法很多,主要有化学分析法、试纸法、电位法。现主要介绍电位法测得pH值。
电位分析法所用的电极被称为原电池。原电池是一个系统,它的作用是使化学反应能量转成为电能。此电池的电压被称为电动势(EMF)。此电动势(EMF)由二个半电池构成,其中一个半电池称作指示电极,它的电位与离子活度有关,如H;另一个半电池为参比半电池,通常称作参比电极,是测量溶液相通,并且与测量仪表相连。
此电位的测量是相对一个电位与盐溶液的成分无关的参比电极进行的。金属导线都是覆盖一层此种金属的微溶性盐(如:Ag/Agcl),并且插入含有此种金属盐阴离子的电解质溶液中。此时半电池电位或电极电位的大小取决于此种阴离子的活度。
此二种电极之间的电压遵循能斯特(NERNST)公式:
式中:E-电位
E0-电极的电压
R-气体常数(8.31439焦耳/摩尔和℃)
T-开氏温度(例:20℃相当于(273.15+20)293.15开尔文)
F-法拉常数(96493库化/当量)
n-被测离子的化合价(银=1,氢=1)
ln(aMe)-离子活度aMe的对数
将此电极浸入在25℃时H3O离子含量为1mol/l溶液中便形成电化学中所有电位测量所参照的半电池电位或电极电位。其中氢电极作为参比电极在实践中很难实现,于是使用电极做为参比电极。其中常用的便是银/氯化银电极。该电极通过溶解的AgCl对于氯离子浓度的变化起反应。
此参比电极的电极电位通过饱和的kcl贮池(如:3mol/l kcl)来实现恒定。液体或凝胶形式的电解质溶液通过隔膜与被测溶液相连通。
利用上述的电极组合-银电极和Ag/AgCl参比电极可以测量胶片冲洗液中的银离子含量。也可以将银电极换成铂或金电极进行氧化还原电位的测量。例如:某种金属离子的氧化阶段。
pH指示电极是玻璃电极。它是一支端部吹成泡状的对于pH敏感的玻璃膜的玻璃。管内充填有含饱和AgCl的3mol/l kcl缓冲溶液,pH值为7。存在于玻璃膜二面的反映pH值的电位差用Ag/AgCl传导系统,
导出。pH复合电极和pH固态电极,
将E0、R、T(298.15K即25℃)等数值代入上式既得:
E=59.16mv/25℃ per pH (式中已将ln(H3O)转化为pH)
式中R和F为常数,n为化合价,每种离子都有其固定的值。对于氢离子来讲n=1。温度"T"做为变量,在公式中起很大作用。随着温度的上升,电位值将随之增大。
对于每1℃的温度变大,将引起电位0.2mv/per pH变化。用pH值来表示则每1℃1pH变化0.0033pH值。
这也就是说:对于20~30℃之间和7pH左右的测量不需要对温度变化进行补偿;而对于温度>30℃或<20℃和pH值>8或6的应用场合则对温度变化进行补偿。
工业pH计,是一种常用的工业仪器,主要用来精密测量液体介质的酸碱度值。以及安装、清洗、抗干扰等等问题的考虑
分类
按测量精度
可分0.2级、0.1级、0.01级或好精度。
按仪器体积
分为笔式(迷你型)、便携式、台式还有在线连续监控测量的在线式。
根据使用的要求
笔式(迷你型)与便携式pH酸碱度计一般是检测人员带到现场检测使用。
选择pH酸碱度计的是根据用户测量所需的精度决定,而后根据用户方便使用而选择各式形状的pH计。
◆按便携性分的,分为:便携式pH计,台式pH计和笔式pH计。
◆按用途分为:实验室用pH计,工业在线pH计等。
◆按程度分为经济型pH计,智能型pH计,精密型pH计或分为指针式pH计,数显式pH计。
◆笔式pH计测量范围狭窄,为简便仪器。
便携式和台式pH计测量范围较广,常用仪器,是便携式采用直流供电,可携带到现场。实验室pH计测量范围广、功能多、测量精度好。
工业用pH计是要求稳定性好、工作可靠,有测量精度、环境适应能力强、抗干扰能力强,具有模拟里量输出、数字通讯、上下限报警和控制功能等。
在选购酸度仪时,首先要考虑应用场合,选择笔式pH计,便携式酸度仪,台式酸度计或是工业用pH计;其次是考虑测量需要的精度,选择合适自己使用的精度。
在选购酸度计时需要考虑以下几点:
1.根据应用场合分类可分为:笔式pH计、便携式pH计、实验室pH计和工业pH计等。笔式pH计主要用于代替pH试纸的功能,具有精度低、使用方便的特点。
便携式pH计主要用于现场和野外测方式,要求较高的精度和完善的功能。
实验室pH计是一种台式高精度分析仪表,要求精度高、功能全,包括打印输出、数据处理等等。
工业pH计是用于工业流程的连续测量,不仅要有测量显示功能,还要有报警和控制功能,以及安装、清洗、抗干扰等等问题的考虑。
2.据pH计仪器精度分类:可分为0.2级、0.1级、0.05级、0.01级,数字越小,精度越高。
3.根据元器件类型分类:可分为晶体管式、集成电路式和单片机微电脑式,现在更多的是应用微电脑芯片,大大减少了仪器体积和单机成本;但芯片的开发成本很贵
4.根据读数指示分类:可分为指针式和数字显示式二种。指针式pH计现在已很少使用,但指针式仪表能够显示数据的连续变化过程,因此在滴定分析中还有使用。
5.看pH计有没有附带功能,比方说带标配RS232接口,还有一个很重的是温度补偿是自动还是手动,自动温度补偿的pH计要比手动温度补偿的pH计要方便些。
酸度计简称pH计,由电极和电计两部分组成。使用中若能够合理维护电极、按要求配制标准缓冲液和正确操作电计,可大大减小pH示值误差,从而提高化学实验、医学检验数据的可靠性。
pH计因电计设计的不同而类型很多,其操作步骤各有不同,因而pH计的操作应严格按照其使用说明书正确进行。在具体操作中,校准是pH计使用操作中的一重要步骤。表1的数据是精度为0.01级、经过计量检定合格的pH计在未校准时与校准后的测量值,从中可以看出校准的重要性。
尽管pH计种类很多,但其校准方法均采用两点校准法,即选择两种标准缓冲液:一种是pH7标准缓冲液,第二种是pH9标准缓冲液或pH4标准缓冲液。先用pH7标准缓冲液对电计进行定位,再根据待测溶液的酸碱性选择第二种标准缓冲液。如果待测溶液呈酸性,则选用pH4标准缓冲液;如果待测溶液呈碱性,则选用pH9标准缓冲液。若是手动调节的pH计,应在两种标准缓冲液之间反复操作几次,直至不需再调节其零点和定位(斜率)旋钮,pH计即可准确显示两种标准缓冲液pH值。则校准过程结束。此后,在测量过程中零点和定位旋钮就不应再动。若是智能式pH计,则不需反复调节,因为其内部已贮存几种标准缓冲液的pH值可供选择、而且可以自动识别并自动校准。但要注意标准缓冲液选择及其配制的准确性。
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。如下图所示:
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:
⑴溶液温度与定标温度有较大的差异时.
⑵电极在空气中暴露过久,如半小时以上时.
⑶定位或斜率调节器被误动;
⑷测量过酸(pH2)或过碱(12)的溶液后;
⑸换过电极后;
⑹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。