工業(yè)PH計(jì)

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PH是拉丁文“Pondushydrogenii”一詞的縮寫（Pondus=壓強(qiáng)、壓力hydrogenium=氫），用來(lái)量度物質(zhì)中氫離子的活性。

PH值——在中性溶液中，氫離子H+和氫氧根離子OHˉ的濃度都是10－7mol/l。如：假如有過(guò)量的氫離子H+，則溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氫離子H+游離的物質(zhì)。同樣，如果氫離子H+并使OHˉ離子游離，那末溶液就是堿性的。所以，給出CH+值就足以表示溶液的特性，呈酸性堿性，為了免于用此克分子濃度負(fù)冥指數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，生物學(xué)家澤倫森（Soernsen）在1909年建議將此不便使用的數(shù)值用對(duì)數(shù)代替，并定義為“pH值”。數(shù)學(xué)上定義pH值為氫離子濃度的常用對(duì)數(shù)負(fù)值。即

——用氫離子濃度表示的PH值；

——?dú)潆x子的濃度；

——?dú)潆x子摩爾濃度（量濃度），mol/L。

因此，PH值是離子濃度以10為底的對(duì)數(shù)的負(fù)數(shù)：

而氫離子活性直接關(guān)系到水溶液的酸性、中性和堿性。所以工業(yè)上常用PH計(jì)來(lái)測(cè)量水或水溶液的酸堿度。下圖為PH值與的關(guān)系：

PH值與的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

測(cè)量PH值的方法很多，主要有化學(xué)分析法、試紙法、電位法。現(xiàn)主要介紹電位法。

電位分析法所用的電被稱為原電池。原電池是一個(gè)系統(tǒng)，它的作用是使化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)成為電能。此電池的電壓被稱為電動(dòng)勢(shì)（EMF）。此電動(dòng)勢(shì)（EMF）由二個(gè)半電池構(gòu)成，其中一個(gè)半電池稱作測(cè)量電，它的電位與特定的離子活度有關(guān)，如H+；另一個(gè)半電池為參比半電池，通常稱作參比電，它一般是測(cè)量溶液相通，并且與測(cè)量?jī)x表相連。

PH值一電位一離子濃度之間的關(guān)系

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 OH離子

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 H 離子

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH

+414.4???? ?? ????+.59.2 0 -59.2???????????? ???? -414.4 mv/25℃

從以上我們對(duì)PH測(cè)量的原理進(jìn)行了分析而得知我們只要用一臺(tái)毫伏計(jì)即可把PH值顯示出來(lái)

11.1 工業(yè)PH計(jì)的工作原理

簡(jiǎn)單的講就是，利用溶液中H離子的濃度（活度），產(chǎn)生的電電位，引起電子元件傳感器轉(zhuǎn)化后的數(shù)字變化（或儀器表盤指針的轉(zhuǎn)動(dòng)，老式PH計(jì)是指針型的）來(lái)顯示和反應(yīng)當(dāng)前溶液的H離子濃度。

工業(yè)PH計(jì)的構(gòu)成及各部分功能

工業(yè)PH計(jì)是以電電位法為原理的在線PH值測(cè)定儀，由檢測(cè)器（也叫發(fā)送器）和轉(zhuǎn)換器（也叫變送器）兩部分構(gòu)成。

檢測(cè)器由指示電（能指示被測(cè)離子活度變化的電）、參比電（電電位恒定且不受待測(cè)離子影響的電）組成。當(dāng)被測(cè)溶液流經(jīng)檢測(cè)器時(shí)，電和被測(cè)溶液就形成一個(gè)化學(xué)原電池，兩電間產(chǎn)生一個(gè)原電勢(shì)，該電勢(shì)的大小與被測(cè)溶液的PH值成對(duì)數(shù)關(guān)系，它將被測(cè)溶液的PH值轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。常用的指示電有玻璃電、銻電等。常用的參比電有甘汞電、銀—氯化銀電等。

轉(zhuǎn)換器由電子部件組成，其作用是將電檢測(cè)到的電勢(shì)信號(hào)放大，并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。

工業(yè)用的在線PH計(jì)，其檢測(cè)器和轉(zhuǎn)換器為兩個(gè)部件，檢測(cè)器裝于現(xiàn)場(chǎng)，轉(zhuǎn)換器裝在就地儀表盤或控制室內(nèi)。信號(hào)電勢(shì)用特殊的高阻高頻電纜傳送。

目前，也有檢測(cè)器和轉(zhuǎn)換器一體化結(jié)構(gòu)的工業(yè)在線PH計(jì)。

PH計(jì)檢測(cè)器的簡(jiǎn)單構(gòu)成示意圖

11.2 工業(yè)PH計(jì)測(cè)量注意事項(xiàng)

在進(jìn)行操作前，應(yīng)先檢查電的完好性。PH計(jì)上配套使用的電大多數(shù)采用的是復(fù)合電（指示電和參比電合二為一），老一代PH計(jì)尚在使用玻璃電與甘汞電。目前復(fù)合電使用比較廣泛，以下以復(fù)合電為主。

目前使用的復(fù)合電主要有全封閉型和非封閉型兩種，全封閉型比較少，主要是以國(guó)外企業(yè)生產(chǎn)為主。

復(fù)合電使用前先檢查玻璃球泡是否有裂痕、破碎，如果沒(méi)有，用pH緩沖溶液進(jìn)行兩點(diǎn)標(biāo)定時(shí)，定位與斜率按鈕均可調(diào)節(jié)到對(duì)應(yīng)的pH值時(shí)，一般認(rèn)為可以使用，否則可按使用說(shuō)明書進(jìn)行電活化處理。

活化方法是在4%氟化氫溶液中浸3～5 s左右，取出用蒸餾水進(jìn)行沖洗，然后在0.1mol/L的鹽酸溶液中浸泡數(shù)小時(shí)后，用蒸餾水沖洗干凈，再進(jìn)行標(biāo)定，即用pH值為6.86(25℃)的緩沖溶液進(jìn)行定位，調(diào)節(jié)好后任意選擇另一種pH緩沖溶液進(jìn)行斜率調(diào)節(jié)，如無(wú)法調(diào)節(jié)到，則需換電。

非封閉型復(fù)合電，里面要加外參比溶液即3 mol/L氯化鉀溶液，所以必須檢查電里的氯化鉀溶液是否在1/3以上，如果不到，需添加3 mol/L氯化鉀溶液。如果氯化鉀溶液超出小孔位置，則把多余的氯化鉀溶液甩掉，使溶液位于小孔下面，并檢查溶液中是否有氣泡，如有氣泡要輕彈電，把氣泡完全趕出。

在使用過(guò)程中應(yīng)把電上面的橡皮剝下，使小孔露在外面，否則在進(jìn)行分析時(shí)，會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，導(dǎo)致氯化鉀溶液不能順利通過(guò)玻璃球泡與被測(cè)溶液進(jìn)行離子交換，會(huì)使測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

電從測(cè)量管線拆下后應(yīng)把橡皮復(fù)原，封住小孔。電經(jīng)蒸餾水清洗后，應(yīng)浸泡在3 mol/L氯化鉀溶液中，以保持電球泡的濕潤(rùn)，如果電使用前發(fā)現(xiàn)保護(hù)液已流失，則應(yīng)在3 mol/L氯化鉀溶液中浸泡數(shù)小時(shí)，以使電達(dá)到好的測(cè)量狀態(tài)。

復(fù)合電不可放在蒸餾水中長(zhǎng)時(shí)間浸泡，這是不正確的，這會(huì)使復(fù)合電內(nèi)的氯化鉀溶液濃度大大降低，導(dǎo)致在測(cè)量時(shí)電反應(yīng)不靈敏，終導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，因此不應(yīng)把復(fù)合電長(zhǎng)時(shí)間浸泡在蒸餾水中。

11.3 工業(yè)PH計(jì)電校準(zhǔn)、使用、維護(hù)注意事項(xiàng)

測(cè)量時(shí)應(yīng)按說(shuō)明書規(guī)定的時(shí)間周期對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。

校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)注意：

①標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液溫度盡量與被測(cè)溶液溫度接近。

①定位標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液應(yīng)盡量接近被測(cè)溶液的pH值。或兩點(diǎn)標(biāo)定時(shí)，應(yīng)盡量使被測(cè)溶液的pH值在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的區(qū)間內(nèi)。

③校準(zhǔn)后，應(yīng)將浸入標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的電用水特別沖洗，因?yàn)榫彌_溶液的緩沖作用，帶入被測(cè)溶液后，造成測(cè)量誤差。

④記錄被測(cè)溶液的pH值時(shí)應(yīng)同時(shí)記錄被測(cè)溶液的溫度值，因?yàn)殡x開(kāi)溫度值，pH值幾乎毫無(wú)意義。盡管大多數(shù)pH計(jì)都具有溫度補(bǔ)償功能，但僅僅是補(bǔ)償電的響應(yīng)而已，也就是說(shuō)只是半補(bǔ)償，而沒(méi)有同時(shí)對(duì)被測(cè)溶液進(jìn)行溫度補(bǔ)償，即，全補(bǔ)償。

復(fù)合電使用、維護(hù)注意事項(xiàng)：

目前工業(yè)上使用的電大都是復(fù)合電，其優(yōu)點(diǎn)是使用方便，不受氧化性或還原性物質(zhì)的影響，且平衡速度較快。

①復(fù)合電不用時(shí)，可充分浸泡3M氯化鉀溶液中。切忌用洗滌液或其他吸水性試劑浸洗。

②使用前，檢查玻璃電前端的球泡。正常情況下，電應(yīng)該透明而無(wú)裂紋；球泡內(nèi)要充滿溶液，不能有氣泡存在。

③在線測(cè)量濃度較大的溶液時(shí)，不推薦使用接觸時(shí)復(fù)合電，若非用不可時(shí)，也要盡量縮短測(cè)量時(shí)間，用后仔細(xì)清洗，防止被測(cè)液粘附在電上而污染電。

④清洗電后，不要用濾紙擦拭玻璃膜，而應(yīng)用濾紙吸干, 避免損壞玻璃薄膜、防止交叉污染，影響測(cè)量精度。

⑤測(cè)量中注意電的銀—氯化銀內(nèi)參比電應(yīng)浸入到球泡內(nèi)氯化物緩沖溶液中，避免電計(jì)顯示部分出現(xiàn)數(shù)字亂跳現(xiàn)象。使用時(shí)，注意將電輕輕甩幾下。

⑥電不能用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或其他腐蝕性溶液。

⑦嚴(yán)禁在脫水性介質(zhì)如無(wú)水乙醇、重鉻酸鉀等中使用。

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