PH的測量原理

什麽(me) 是PH?PH是拉丁文“Pondushydrogenii”一詞的縮寫(xie) (Pondus=壓強、壓力hydrogenium=氫)，用來量度物質中氫離子的活性。這一活性直接關(guan) 係到水溶液的酸性、中性和堿性。水在化學上是中性的，但不是沒有離子，即使化學純水也有微量被離解：嚴(yan) 格地講，隻有在與(yu) 水分子水合作以前，氫核不是以自由態存在。

　　H2O+ H2O= + OHˉ

　　由於(yu) 水全氫離子(H3O)的濃度事與(yu) 氫離子(H)濃度等同看待，上式可以簡化成下述常用的形式：

　　H2O= + OHˉ

　　此處正的氫離子人們(men) 在化學中表示為(wei) “ 離子”或“氫核”。水合氫核表示為(wei) “水合氫離子”。負的氫氧根離子稱為(wei) “氫氧化物離子”。

　　利用質量作用定律，對於(yu) 純水的離解可以找到一平衡常數加以表示：

　　由於(yu) 水隻有極少量被離解，因此水的克分子濃度實際為(wei) 一常數，並且有平衡常數K可求出水的離子積KW。

　　KW=K×H2O KW = H3O+·OH-=10-7·10-7=10mol/l(25℃)

　　也就是說，對於(yu) 一升純水在25℃時存在10-7摩爾 離子和10-7摩爾OHˉ離子。

　　在中性溶液中，氫離子 和氫氧根離子OHˉ的濃度都是10-7mol/l。

　　如：

　　假如有過量的氫離子 ，則溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氫離子 遊離的物質。同樣，如果氫離子並使OHˉ離子遊離，那末溶液就是堿性的。所以，給出值就足以表示溶液的特性，呈酸性堿性，為(wei) 了免於(yu) 用此克分子濃度負冥指數進行運算，生物學家澤倫(lun) 森(Soernsen)在1909年建議將此不便使用的數值用對數代替，並定義(yi) 為(wei) “pH值”。數學上定義(yi) pH值為(wei) 氫離子濃度的常用對數負值。即時

　　因此，PH值是離子濃度以10為(wei) 底的對數的負數：

　　酸 中性 堿

　　←　PH值　→

　　改變50 的水的pH值，從(cong) pH2到pH3需要500l漂白劑。然而，從(cong) pH6到pH7隻需要50l的漂白劑。

　　測量PH值的方法很多，主要有化學分析法、試紙法、電位法。現主要介紹電位法測得PH值。

　　電位分析法所用的電極被稱為(wei) 原電池。原電池是一個(ge) 係統，它的作用是使化學反應能量轉成為(wei) 電能。此電池的電壓被稱為(wei) 電動勢(EMF)。此電動勢(EMF)由二個(ge) 半電池構成。其中一個(ge) 半電池稱作測量電極，它的電位與(yu) 特定的離子活度有關(guan) 如;另一個(ge) 半電池為(wei) 參比半電池，通常稱作參比電極，它一般是測量溶液相通，並且與(yu) 測量儀(yi) 表相連。

　　例如，一支電極由一根插在含有銀離子的鹽溶液中的一根銀導線製成，在導線和溶液的界麵處，由於(yu) 金屬和鹽溶液二種物相中銀離子的不同活度，便形成離子的充電過程，並形成一定的電位差。失去電子的銀離子進溶液。當沒有施加外電流進行反充電，也就是說沒有電流的話，這一過程終會(hui) 達到一個(ge) 平衡。在這種平衡狀態下存在的電壓被稱為(wei) 半電池電位或電極電位。

　　這種(如上所述)由金屬和含有此金屬離子的溶液組成的電極被稱為(wei) *類電極。

　　此電位的測量是相對一個(ge) 電位與(yu) 鹽溶液的成分無關(guan) 的參比電極進行的。這種具有獨立電位的參比電極也被稱為(wei) 第二電極。對於(yu) 此類電極，金屬導線都是覆蓋一層此種金屬的微溶性鹽(如：Ag/AgCL)，並且插入含有此種金屬鹽限離子的電解質溶液中。此時半電池電位或電極電位的大小取決(jue) 於(yu) 此種陰離子的活度。

　　此二種電極之間的電壓遵循能斯特(NERNST)公式：

　　E=E0+ R·T·1n a Men·F

　　式中：E—電位

　　E0—電極的標準電壓

　　R—氣體(ti) 常數(8.31439焦耳/摩爾和℃)

　　T—開氏溫度(例：20℃=273+293開爾文)

　　F—法拉弟常數(96493庫化/當量)

　　n—被測離子的化合價(jia) (銀=1，氫=1)

　　aMe—離子的活度

　　標準氫電極是所有電位測量的參比點。標準氫電極是一根鉑絲(si) ，用電解的方法鍍(塗覆)上氯化鉑，並且在四周充入氫氣(固定壓力為(wei) 1013hpa)構成的。

　　將此電極浸入在25℃時離子含量為(wei) 1mol/l溶液中，便形成電化學中所有電位測量所參照的半電池電位或電極電位。其中氫電極做為(wei) 參比電極在實踐中很難實現，於(yu) 是使用第二類電極做為(wei) 參比電極。其中常用的便是銀/氯化銀電極。該電極通過溶解的AgCl對於(yu) 氯離子濃度的變化起反應。

　　此參比電極的電極電位通過飽和的kcl貯池(如：3mol/lkcl)來實現恒定。液體(ti) 或凝膠形式的電解質溶液通過隔膜與(yu) 被測溶液相連通。

　　利用上述的電極組合—銀電極和Ag/AgCl參比電極可以測量膠片衝(chong) 洗液中的銀離子含量。也可以將銀電極換成鉑或金電極進行氧化還原電位的測量。例如：某種金屬離子的氧化階段。

　　常用的PH指示電極是玻璃電極。它是一

　　支端部吹成泡狀的對於(yu) pH敏感的玻璃膜的

　　玻璃管。管內(nei) 充填有含飽和AgCl的3mol/l kcl

　　緩衝(chong) 溶液，pH值為(wei) 7。存在於(yu) 玻璃膜二麵的

　　反映PH值的電位差用Ag/AgCl傳(chuan) 導係統，

　　如第二電極，導出。PH複合電極如圖(一)

　　此電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為(wei) 常數，n為(wei) 化合價(jia) ，每種離子都有其固定的值。對於(yu) 氫離子來講，n=1。溫度“T”做為(wei) 變量，在能斯特公式中起很大作用。隨著溫度的上升，電位值將隨之增大。

　　對於(yu) 每1℃的溫度變大，將引起電位0.2mv/per pH變化。用pH值來表示，則每1℃第1pH變化0.0033pH值。

　　這也就是說：對於(yu) 20~30℃之間和7pH左右的測量來講，不需要對溫度變化進行補償(chang) ;而對於(yu) 溫度>30℃或<20℃和pH值>8pH或6pH的應用場合則必須對溫度變化進行補償(chang) 。

　　圖1：pH值一電位一離子濃度之間的關(guan) 係

　　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

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　　從(cong) 以上我們(men) 對PH測量的原理進行了分析而得知我們(men) 隻要用一台毫伏計即可把PH值顯示出來

　　PH酸度計的分類

　　人們(men) 根據生產(chan) 與(yu) 生活的需要，科學地研究生產(chan) 了許多型號的酸度計：

　　按測量精度上可分0.2級、0.1級、0.01級或更高精度

　　按儀(yi) 器體(ti) 積上分有筆式(迷你型)、便攜式、台式還有在線連續監控測量的在線式。

　　根據使用的要求：

　　筆式(迷你型)與(yu) 便攜式PH酸度計一般是檢測人員帶到現場檢測使用。

　　PH計的原理和種類PH計的原理和種類