酸度计和电导率仪是广泛应用于科学实验、环境监测和生产环节的一种常用科学分析仪器。酸度计和电导率仪的使用和检定都离不开各自使用的溶液,而溶液的 pH 值和电导率都与温度密切相关,当温度发生变化时,pH 值和电导率会发生不同变化。
在计量检定过程中我们发现对两种仪器温度补偿器的正确使用对测量结果有较大影响,而且部分仪器使用者,因对温度补偿器的原理和两者之间的区别理解不正确,使用不当,造成测得数据不准确,所以正确理解温度补偿器的原理和区别是至关重要的。
1、酸度计温度补偿器的原理和作用
在酸度计计量检定和使用中,我们发现 pH 值测量不准确的原因主要是未能正确使用温度补偿器造成的。下面就介绍一下酸度计温度补偿器的原理、对 pH示值的影响和产生问题的原因。对于酸度计来说,不同溶液的 pH 值的温度系数差别很大, 要将不同温度下的 pH 值折算到 25℃时的 pH 值是非常困难的, 也没有必要。
所以酸度计的温度补偿器是将其电极在标定温度下得到的转换系数按能斯特公式换算到当前温度下的转换系数,从而得到当前温度下的 pH 值。其中酸度计是用电位相对测量法来测定溶液 pH 值的,其理论依据来自于能斯特方程式:
通过对一台 PHS-3C 型号酸度计在 25℃条件下使用标准缓冲液校准后,对同一溶液在不同温度下的 pH 值进行测量实验,得到结果如下:
由此表可看出温度补偿器固定在 25℃条件下时(即不启动酸度计的温度补偿器时),测量溶液的 mv 值是不随着温度变化而变化的,酸度计测得的 pH 值也永远是标定温度下的 pH 值;当酸度计启动温度补偿器时,测量溶液的 mv 值同样是不随着温度变化而变化的,但是测得的 pH 值是随温度的改变而变化的。根据实验数据我们可以发现,随着溶液温度的改变,由于溶液的 mV 值是不随温度的变化而变化的,所以被测溶液与标定溶液间的电位差也是不发生变化的,随着温度的变化实际发生变化的是每 mV 值变化量对应的 pH 值的变化量,通过公式(3)我们可以发现这就使得 K 值发生了变化,所以酸度计通过温度补偿调整转换系数K 来抵消温度变化引起的电动势差的变化。因此,为了适应各种温度状态下 pH 值的测量,酸度计中均设有温度补偿装置。
2、电导率仪温度补偿器的原理和作用
电导率的大小与电解质在水中的离解度及离子的迁移速度有密切的关系,而离解度及迁移速度又与溶液的温度有关。温度升高,溶液的电导率增加,反之,则电导率减小。
由此表可以看出不进行温度补偿,同一溶液的电导率随着溶液温度的增加而不断增大,使得测量结果没有参考价值,所以电导率的测量结果一般均折算到参考温度下(参考温度:20℃或 25℃,使用 25℃时较多)。如果把电导率仪的温度补偿器关掉,则需先测出溶液的温度及该温度下的电导率,再将测得的结果换算到参考温度的电导率。
可以看出当电导率仪不启动温度补偿器时,即温度校正系数为0.00%时,测得的电导率为溶液实际温度下的电导率,需要人工换算成参考温度下溶液的电导率值,否则测得值没有参考价值。电导率仪的温度补偿器的作用就是为了克服温度的影响,将溶液在实际温度下的电导率值转换为参考温度(一般为 25℃)下的电导率值,使得溶液在不同温度下的电导率具有可比性,以满足各行各业比对或控制指标的需要。因此,市面上越来越多的电导率仪具有温度补偿功能,在检定过程中,检定规程规定增加这一检定项目看来也是很有必要的。
电导率仪温度补偿器使用中的注意事项
通过公式(4)我们发现,在将电导率修正为参考温度下电导率时,温度校正系数β是一个关键参数,且不同的溶液温度校正系数也不同,所以在使用温度校正系数不可调节的电导率仪时,温度校正系数会引入测量误差,所以在进行准确度要求较高的测量时,如果温度校正系数不能调整为溶液实际的温度校正系数,则应该关闭电导率仪的温度补偿功能,通过准确测量溶液温度后根据公式(4)计算出参考温度下的电导率值,或将被测溶液的温度严格控制在参考温度条件下测量,进而减小测量误差。
数显酸度计保养:
◆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。
◆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0.1N HCl溶液一昼夜后继续使用。
◆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。
◆参比电极的贮存
银-氯化银电极的贮存液是饱和氯化甲溶液,高浓度氯化甲溶液可以防止氯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。
◆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:
→浸泡液接界:用10%饱和氯化甲溶液和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。
→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。
→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。
→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。
→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。造成长时间堵塞。
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数显酸度计维护:
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,以保持电极内氯化甲溶液的液压差。下面就把电极的使用与维护简单作一介绍:
◆复合电极不用时,可充分浸泡3M氯化甲溶液中。切忌用洗涤液或其他吸水性试剂浸洗。
◆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。
◆测量浓度较大的溶液时,尽量缩短测量时间,用后仔细清洗,防止被测液粘附在电极上而污染电极。
◆清洗电极后,不要用滤纸擦拭玻璃膜,而应用滤纸吸干, 避免损坏玻璃薄膜、防止交叉污染,影响测量精度。
◆测量中注意电极的银—氯化银内参比电极应浸入到球泡内氯化物缓冲溶液中,避免电计显示部分出现数字乱跳现象。使用时,注意将电极轻轻甩几下。
◆电极不能用于强酸、强碱或其他腐蚀性溶液。
◆严禁在脱水性介质如无水乙醇、重铬酸钾等中使用。
→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。
→pH玻璃电极的清洗。
数显酸度计参数:
◆仪器级别: 0.1 级。
◆测量范围: pH 0.00~14.00pH ;mV 0 ~ ± 1400mV。
◆分辨率: 0.01pH , 1mV , 0.1 ℃。
◆温度补偿范围: 0 ~ 60 ℃。
◆电子单元基本误差: pH ± 0.05pH ;mV ± 1% ( FS )。
◆仪器基本误差:± 0.1pH。
◆电子单元输入电流:不大于 1 × 10 - 11 A。
◆电子单元输入阻抗:不小于 3 × 10 11 Ω。
◆电子单元重复性误差: pH 0.05pHmV 5mV。
◆仪器重复性误差:不大于 0.05pH。
◆电子单元稳定性:± 0.05pH ± 1 个字 /3h。
◆外形尺寸: 220 × 160 × 65mm ( l × b × h )。
◆重量: 0.3kg。
数显酸度计安装维护:
pH计的安装方式有流通式和浸人式两种。[2]污水处理厂一般选用的是浸人式安装,如该污水处理厂的pH计安装在沉砂池的出口溢流槽内,此处的pH值较具有代表性,且水流平稳,对pH计不会造成大的冲击。定期的维护有助于仪表的准确测量和延长仪表的使用寿命。应当注意传感器和变送器之间的专用电缆不能受潮,否则电极的高阻低压信号将无法传送至变送器。
若电极不测量时,应将黄色保护套管套上,它能使电极处于湿润状态,有利于延长电极的使用寿命。每隔一个月左右,应对电极进行清洗,先用柔和的水流喷洗附着物,再将电极浸泡于清洗液中一段时间,而后用清水洗净。
传感器支架也应清洗。每次清洗之后,要用缓冲剂溶液进行标定,目前国产的pH标定液中,pH=4的还可以,pH=7的不够准确,将会影响标定结果。所以使用生产厂家的标定液,生产厂家一般提供两瓶标准溶液,一瓶pH值等于7,用于标定仪表零点;一瓶pH值等于4,用于标定仪表的信号输出斜率。
数显酸度计简介:
简称pH计,主要用来精密测量液体介质的酸碱度值,配上相应的离子选择电极也可以测量离子电极电位MV值。酸度计由电极和电计两部分组成,是一种常用的仪器设备,由参比电极、玻璃电极及电流计三部分组成。适用于大专院校、研究院所、环境监测、工矿企业等部门的化验室取样测定。广泛应用于工业、农业、科研、环保等领域。该仪器也是食品厂、饮用水厂办QS、HACCP认证中的必备检验设备。采用全量程常温复合电极。7/2LED数显。温度补偿功能。二点校准。本仪器读数清晰,测量精度高,稳定性好,操作简单。
工作原理:
主体是精密的电位计。测定时把复合电极插在被测溶液中,由于被测溶液的酸度(氢离子浓度)不同而产生不同的电动势,将它通过直流放大器放大,后由读数指示器(电压表)指出被测溶液的pH值。用酸度计进行电位测量是测量pH精密的方法。
功能特性:
◆采用蓝色背光、双排数字显示液晶,可同时显示 pH 值、温度值或电位( mV )值。
◆测定水溶液的 pH 值和电位( mV )值,配上 ORP 电极可测量溶液 ORP (氧化-还原电位)值,配上离子选择性电极可测量该电极的电极电位值。
使用环境:
◆环境温度:( 5 ~ 50 )℃。
◆相对湿度:≤ 85%。
◆供电电源: DC6V。
◆无显著的震动。
◆除地球磁场外无外磁场干扰。
维护与保养:
★建立大型精度、贵重备技术指标定期校验和标定制度,保持应有的技术指标。做好使用原始记录。
★仪器设备不准随意拆改或解体使用,确因需要开发新功能或改造更新等,需按分级管理权限,履行审批手续后再实施。
★经常进行克利夫兰闪点试验器保养与维护,并存放在干燥通风之处,待用时间过长仪器设备,应定期通电开机,防止潮霉损坏仪器设备其零部件。
参数:
★量水器zui大容量:170ml。
★量水器zui小刻度:0.1ml。
★净重:2.5kg。
注意事项:
★初次使用设备人员,必须在熟练人员指导下进行操作,熟练掌握后方可进行独立操作。
★实验时使用的仪器设备及器材,要布局合理,摆放整齐,便于操作,观察及记录等。
★使用设备时,要认真阅读技术说明书,熟悉技术指标、工作性能、使用方法、注意事项,严格遵照仪器使用说明书的规定步骤进行操作。
用途:
用于配合测定水泥标准稠度时(水泥胶砂搅拌时)的用水量。产品符合GB1346标准。量水器结构简单,体积小,重量轻,造价低廉,读数直观,便于携带,安装方便,有普遍推广应用价值,特点结构简单,体积小,重量轻,造价低廉,读数直观,便于携带,安装方便。