在线式酸碱度PH计的工作原理及应用

2020-06-09 23:26

  能斯特方程,是指用以定量描述某种离子在A、B两体系间形成的扩散电位的方程表达式。在电化学中,能斯特方程用来计算电极上相对于标准电势而言的指定氧化还原对的平衡电压。能斯特方程只有在氧化还原对中两种物质同时存在时才有意义。

  pH是拉丁文“Pondus hydrogenii”一词的缩写(Pondus=压强、压力,hydrogenium=氢),用来量度物质中氢离子的活性。这一活性直接关系到水溶液的酸性、中性和碱性。

  离子活性度,是指电解质溶液中参与电化学反应的离子的有效浓度。离子活度(α)和浓度(c)之间存在定量的关系,其表达式为:α=γc式中:α为离子的活度;γ为离子的活度系数;c为离子的浓度。

  γ通常小于1,在溶液无限稀时离子间相互作用趋于零,此时活度系数趋于1,活度等于溶液的实际浓度。一般在水溶液中H离子的浓度非常小,所以H离子的活度基本和其浓度相等。

  根据能斯特方程,离子活度与电极电位成正比,因此可对溶液建立起电极电位与活度的关系曲线,此时测定了电位,即可确定离子活度,实际上是通过测量电位mV,来计算H离子的浓度的。

  pH计主要用于测量液体中的氢离子浓度。准确地说是测量氢离子活性,得出酸性、中性还是碱性的数值,在自来水、河水、饮料、食品、污水、医疗和化工等领域广泛地使用工业用液体分析仪。

  全量程是0~14pH,pH=7为中性,pH《7为酸性,pH值接近0为强酸性。pH》7为碱性,pH值接近14为强碱性。

  在线pH计将待测液体氢离子活性作为两根电极之间产生的电位差,通过变送器得到传输信号。

  成为基准的电极被称为玻璃电极,从外观来看与玻璃试管相似。但是前端为特殊玻璃制成的数十μmm的薄膜玻璃,内置有内部缓冲液和内部电极。内部电极与待测液体之间有玻璃薄膜,基本上是绝缘状态。

  另一端的电极称为比较电极(或参比电极),结构与玻璃电极类似,但前端有液接界,内部液体与待测液体通过缝隙接触。液接界形态多样,包括玻璃纤维形、小孔形、陶瓷形、套管形等,根据具体的用途进行选择。

  检测部分的阻抗由于隔着玻璃膜,阻抗大于10MΩ,所以变送部分需要更高的阻抗,必须达到1GΩ以上,放大器与电极之间也使用绝缘性高的导线和端子。

  测量液的氢离子活性,会使玻璃电极的薄膜玻璃两侧之间产生电位差。玻璃电极的薄膜玻璃内侧电位经过内部缓冲液,通过内电极导出;而接液的外侧电位经过待测液体-参比电极液接界-内部液体,通过参比电极的内部电极导出。

  两电极的内部电极与内部液体之间产生的电位,大体相互抵消,所以能测量薄膜玻璃两侧的电位。

  也就是说,pH值与离子活性常用对数的倒数成比例,p是幂(power)的首字母,意思是乘方;H是氢(Hydrogen)的首字母,意思是氢离子。

  用小于1的数值表示氢离子活性系数,浓度很低时视为1。用能斯特方程式来表示测量电位差: E=(2.303RT/F)(pHi-pHs)+Eas。

  参比电极的基本功能是维持一个恒定的电位,作为测量各种偏离电位的对照。银-氧化银电极是目前pH中最常用的参比电极。

  玻璃电极的功能是建立一个对所测量溶液的氢离子活度发生变化作出反应的电位差。把对pH敏感的电极和参比电极放在同一溶液中,就组成一个原电池,该电池的电位是玻璃电极和参比电极电位的代数和。E电池=E参比+E玻璃,如果温度恒定,这个电池的电位随待测溶液的pH变化而变化,而测量pH计中的电池产生的电位是困难的,因其电动势非常小,且电路的阻抗又非常大1-100MΩ;因此,必须把信号放大,使其足以推动标准毫伏表或毫安表。

  变送器的功能,就是将原电池的电位放大若干倍,放大了的信号通过仪表显示出来,数字式pH计则直接以数字显出pH值。

  PH计被广泛应用于环保、污水处理、科研、制药、发酵、化工、养殖、净水、自来水、生活用水及各种液体的酸碱度测试等领域。

  PH值在7.0为中性,7.0以下为酸性,7.0以上为碱性。采用pH计能更好地控制化学反应,达到提高生产率和产品质量以及安全生产的目的。带有自动数据记录能够的pH测量系统,还可对污染公害提供依据。某些间歇生产过程(例如某些化肥生产、食品加工过程)采用pH计后,可转变为连续生产方式。

  在现代工业中,采用PH计比其他类型的连续分析仪表的总和还多。几乎凡需用水的生产部门都需要采用PH计。其应用范围从工业用水和废物处理、到采矿中的浮选过程,包括纸浆和造纸、金属加工、化工、石油、合成橡胶生产、发电厂、制药、食品加工等广泛领域,也是食品厂、饮用水厂办QS、HACCP认证中的必备检验设备。