PH酸度计的原理、分类与使用

摘要]本文讲述了PH酸度计的定义、原理及各种测量方法；PH酸度计的大致分类。主要是针对目前市场使用较多的PH酸度计、传感器原理进行分析，对PH酸度计分类进行简单介绍。

关键词[酸性、碱性、中性、PH酸度计。

随着人民生活水平的提高，PH酸度计逐步进入了我们的生活，与我们的生活息息相关，广泛应用在环保、食品、化工、医药、农业、水产养殖等领域。
    PH酸度计的定义、原理与测量方法
什么是PH？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。水在化学上是中性的，但不是没有离子，即使化学纯水也有微量被离解：严格地讲，只有在与水分子水合作以前，氢核不是以自由态存在。
   H2O+ H2O= + OHˉ  
    由于水全氢离子（H3O）的浓度事与氢离子（H）浓度等同看待，上式可以简化成下述常用的形式：
   H2O= + OHˉ  
    此处正的氢离子人们在化学中表示为“ 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：
由于水只有极少量被离解，因此水的克分子浓度实际为一常数，并且有平衡常数K可求出水的离子积KW。
   KW=K×H2O KW = H3O+·ＯＨ－=10－7·10－7=10mol/l(25℃)  
    也就是说，对于一升纯水在25℃时存在10－7摩尔
离子和10－7摩尔OHˉ离子。
在中性溶液中，氢离子
和氢氧根离子OHˉ的浓度都是10－7mol/l。
如：
假如有过量的氢离子
，则溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氢离子
游离的物质。同样，如果氢离子并使OHˉ离子游离，那末溶液就是碱性的。所以，给出值就足以表示溶液的特性，呈酸性碱性，为了免于用此克分子浓度负冥指数进行运算，生物学家泽伦森（Soernsen）在1909年建议将此不便使用的数值用对数代替，并定义为“pH值”。数学上定义pH值为氢离子浓度的常用对数负值。即时因此，PH值是离子浓度以10为底的对数的负数：
　　
　
酸
中性
碱
←　　　　　→  
PH值
改变50 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测量电极，它的电位与特定的离子活度有关如：
另一个半电池为参比半电池，通常称作参比电极，它一般是测量溶液相通，并且与测量仪表相连。
例如，一支电极由一根插在含有银离子的盐溶液中的一根银导线制成，在导线和溶液的界面处，由于金属和盐溶液二种物相中银离子的不同活度，便形成离子的充电过程，并形成一定的电位差。失去电子的银离子进溶液。当没有施加外电流进行反充电，也就是说没有电流的话，这一过程最终会达到一个平衡。在这种平衡状态下存在的电压被称为半电池电位或电极电位。
这种（如上所述）由金属和含有此金属离子的溶液组成的电极被称为第一类电极。
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。这种具有独立电位的参比电极也被称为第二电极。对于此类电极，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限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：
            E=E0+ R·T·1n a Men·F
            式中：E—电位
            E0—电极的标准电压
            R—气体常数（8.31439焦耳/摩尔和℃）
            T—开氏绝对温度（例：20℃=273+293开尔文）
            F—法拉弟常数（96493库化/当量）
            n—被测离子的化合价（银=1，氢=1）
            aMe—离子的活度
标准氢电极是所有电位测量的参比点。标准氢电极是一根铂丝，用电解的方法镀（涂覆）上氯化铂，并且在四周充入氢气（固定压力为1013hpa）构成的。
将此电极浸入在25℃时
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。其中氢电极做为参比电极在实践中很难实现，于是使用第二类电极做为参比电极。其中最常用的便是银/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。
最常用的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。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，
如第二电极，导出。PH复合电极如图（一）
此电位差遵循能斯特公式：
            E=E0+ R·T·1n a H3O+n·F
            E=59.16mv/25℃ per 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，在能斯特公式中起很大作用。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℃第1pH变化0.0033pH值。
这也就是说：对于20~30℃之间和7pH左右的测量来讲，不需要对温度变化进行补偿；而对于温度＞30℃或＜20℃和pH值＞8pH或6pH的应用场合则必须对温度变化进行补偿。
从以上我们对PH测量的原理进行了分析而得知我们只要用一台毫伏计即可把PH值显示出来
PH酸度计的分类
人们根据生产与生活的需要，科学地研究生产了许多型号的酸度计：
按测量精度上可分0.2级、0.1级、0.01级或更高精度
按仪器体积上分有笔式（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酸度计一般是检测人员带到现场检测使用

使用方法：
1）温度的输入
每次测定溶液的pH前先看一下温度，如果温度设定值与样品温度不同的话，务必输入新的溶液的温度值。
2）温度的读数和输入：
按一次（模式）进入温度方式，显示屏即有“℃”图样显示，同时显示屏将显示最近一次输入的温度值，小数点闪烁。如果要输入新的温度值，则按一下（标准），此时首先是温度值的十位数从0开始闪烁，每隔一段时间加“1”。当十位数到达所要的数值时，按一下（读数），这时十位数固定不变，个位数开始闪烁，并且累加。当个位数到达所要的数值时，按一下（读数），十位数和个位数均保持不变，小数点后十分位开始在“0”和“5”之间变化。当到达需要数值时按（读数），温度值将固定，且小数点停止闪烁，此时温度值已被读入pH计。完成温度输入后，按（模式）回到pH或mV方式。
注意：在温度输入后，但在未退出温度方式前想改变温度设定值，只需按一下（读数）使小数点闪烁，然后按（校准），照上述步骤重新输入温度值。在温度输入过程中，若想重新输入温度，按（校准），然后按上述步骤重新输入温度值。
320-S pH计在关机后将仍保留此温度值。

3）测定pH值
在样品测定前进行常规校准，并检查当前温度值，确定是否要输入新的温度值。
测定pH值：
将电极放入样品中并按（读数），启动测定过程，小数点会闪烁。
显示屏同时显示数字式及模拟式pH值。模拟式尺度从1~7或7~14.超出或不足显示范围的数值由箭头表示。
将显示静止在终点数值上，按（读数），小数点停闪。
启动一个新的测定过程，再按（读数）。


4）设置校准溶液组：
要获得最精确的pH值，你必须周期性的校准电极。有3组校准缓冲液供选择（每组有3种不同pH值的校准液）：
组1（b＝1）：pH4.00
7.00
10.00
组2（b＝2）：pH4.01
7.00
9.21
组3（b＝3）：pH4.01
6.86
9.18
按下列步骤选择缓冲液：
（1）按（开/关）关闭显示器。
（2）按（模式）并保持，再按（开/关）。松开（模式）显示屏显示b＝3(或当前的设定值)
（3）按（校准）显示b=1，或b＝2
（4）按（读数）选择合适的组别，即使遇上断电320-S pH计也仍保留此设置。
注意：
1.
所选择组别必须与所使用的缓冲液相一致；
2.
当你进入设置校准溶液组菜单后，你以前的电极校正数据及所选择的校正溶液组已改为出厂设置，因此在进行样品测量前，须重新进行校准溶液组的设置及电极校正。


5）校准pH电极：
首先测出缓冲液的温度，并进入温度方式输入当前缓冲液的温度。
一点校准：
将电极放入第一个缓冲液并按（校准）；
320-S pH计在校准时自动判定终点，当到达终点时相应的缓冲液指示器显示，要人工定义终点，按（读数）；
要回到样品测定方式，按（读数）。
两点校准：
继续第二点校准操作，按（校准）；
将电极放入第二种缓冲液并按上述步骤操作，当显示静止后电极斜率值简要显示。
要回到样品测定方式，按（读数）。


6）测定mV值
按下列步骤测定某一样品的mV绝对值。
将电极放入样品并按（读数）启动测定过程；（显示屏显示该样品的mV绝对值。）
要将显示静止在终点值上，按（读数）；要启动一个新的测定过程，按（读数）。

7）图表记录仪
pH－输出值同显示值，并且每pH单位大约相当于60mV。此数值随电极斜率的变化而变化；
mV－输出值同显示值，即当显示在－1999~1999mV间变化，输出值也随之在此范围内变化。

写得有点乱，有的PH计与所写的东西不一样。

水在化学上是中性的，但不是没有离子，即使化学纯水也有微量被离解：严格地讲，只有在与水分子水合作以前，氢核不是以自由态存在。
H2O+ H2O= + OHˉ  
    由于水全氢离子（H3O）的浓度事与氢离子（H）浓度等同看待，上式可以简化成下述常用的形式：
   H2O= + OHˉ  
???????:o :o

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谢谢分享，单位准备向理化发展，先研究研究。

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想问下，我们的PH计是废水处理池用的那种，电极是通过一根很长的导线连接到控制室的，而且连接线都是走的暗线，不好取下。请问这种PH计如何进行周期检定。

OUYANGGANG 发表于 2018-7-26 15:09
学习了，谢谢楼主！
想问下，我们的PH计是废水处理池用的那种，电极是通过一根很长的导线连接到控制室的， ...

依据JJF1547-2015《在线pH计校准规范》

19555514 发表于 2018-8-1 10:53
依据JJF1547-2015《在线pH计校准规范》

谢谢楼上同行，记下了。

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好东西，感谢楼主

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OUYANGGANG 发表于 2018-7-26 15:09
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不用取线，探头取出来就可以了

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廢水量測需注意連接電極至Meter,線路需要乾燥!反之，會影響量測數值!

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目前最新的PH计检规是2018版的，不过还没有来得及深究，深度研究。

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