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土壤酸度计电极种类解析 酸度计是如何工作的

时间:2020-08-05    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
土壤酸度计是用于测量土壤、基质中的酸碱度值,也称之为土壤pH计。目前,在市场上土壤酸度计有直接插入土壤检测的和将土壤溶于蒸馏水水后再检测的这两种方式。溶于水后检测的土壤酸度计一般采用的是普通玻璃材质,类似于测量水质中pH的检测仪。直插式的大部分是不锈钢的pH电极;还有一种是特殊陶瓷玻璃材质的pH电极。这三种电极之间区别在哪呢? 

首先普通的玻璃材质的pH电极不仅是在测量方式上的不同,其使用寿命也相对比较短,一般使用不到一年。其不能携带到野外测量原位土壤的pH计,操作也相对满分,所以现在用这种电极测量土壤的pH,在逐渐被淘汰。 

不锈钢材质的土壤pH电极,其相对比较坚固,能方便携带测量土壤原位的pH值。大部分人会认为不锈钢的电极会比较好些,其实这是个误区。比较早pH电极发明是采用电化学原理,就是电极内溶液和被测溶液产生的电极电位差,来换算得出pH值的。而不锈钢的pH电极也是采用的电化学原理,只是其是在不锈钢表面附有物质,当这种物质与土壤中的水分及空气接触后会产生电位差,来判断土壤的pH值。这种原理的土壤pH计其测量精度不如玻璃材质的精度高,不能测量水溶液。并且随着不锈钢表面物质的减少,电极的寿命也在减少,一般不锈钢电极寿命一般在半年到10个月。 

为了能结合以上2种产品的优点,又能使pH传感器寿命相对较长,特殊陶瓷玻璃材质的pH电极则诞生了。使用特殊陶瓷玻璃材质,一则电极比较普通玻璃材质更坚固了,二则其精度相对不锈钢材质更高了。而且这种电极的寿命大大增加了,使用2-3年非常正常。更显著的特点是,他不仅可以直接测量原位的土壤的pH值,水溶液、熔融状态的液体、食品、饮料、面食等等只有没有强腐蚀的物质都可以直接测量。这种电极的产生,给人们大大减少了维护和使用成本,更使人们更加方便,提高了工作效率。其带来的收益远超过前面两种pH电极。                                        酸度计的常见故障及解决办法
     pH计,是指用来测定溶液酸碱度值的仪器。pH计是利用原电池的原理工作的,原电池的两个电极间的电动势依据能斯特定律,既与电极的自身属性有关,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、环保和工业等领域。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。
检查步骤:
  若将酸度计短接后,其pH值显示为7, 毫伏值显示为0, 另外仪器调零正常目定位输出也正常,可以初步判断该仪器电路系统工作基本正常。该仪器的示值误差可以使用直流电位差计进行测量。如果酸度计的pH值显示值为14并A这点对应的毫伏值为421左右则说明该仪器的示值误差也基本符合要求。
     酸度计使用中常见的故障及解决办法:
1.接通电源,指示灯不亮
(1)若仪器有电压输出则检查指示灯是否烧坏;  
(2)若仪器没有电压输出则检查保险ALL是否熔新;
(3)若保险丝没有熔断则检查仪器的变压器是否由于电路局部短路而烧坏。
2.接通电源仪器表头指示不稳定或指针不定位
(1)打开仪器面板检查表头是否卡针,观察线圈上是否有异物;
(2)检查仪器机壳是否接地。
3.未接通电源,仪器表头指示大幅摆动;打开仪器面板检查表头背后输入端并联电阻焊接是否牢固。
4.数字式酸度计通电后显示的数字不稳定或出现漂移情况
  (1)检查仪器的各接插件是否牢固;
  (2)检查仪器的输入及输出电压是否稳定;
  (3)检查仪器的线路板是否被侵蚀;
  (4)检查仪器放大电路中运算放大器是否烧坏。
5.酸度计输出指示不准;检测方法不对或温度、斜率调节点不对。
6.用两种标准溶液测试不能相互定位;检查标准信号发生器是否不准。
7.酸度计在直接输入时能正常工作,但串入高阻时示值超差。
  (1)检查仪器的滤波电容是否被击穿;
  (2)检查仪器场效应竹的输入电阻是否偏低;
  (3)检查仪器电路卞板是否受潮或被侵蚀。
8.数字式酸度计通电后显示的数字缺笔画
  (1)仪器的接插件接触不好;
  (2)仪器的数字显示屏损坏。
9.酸度计面板上的温度、斜率或校正调节旋钮调节失灵;检查调节失灵的旋钮与之相连的电位器是否损坏。

 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。

 




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