選礦廠時需了解工業(yè)酸度計原理、 結(jié)構(gòu)、選型、維護等
更新時間:2012-11-30 瀏覽次數(shù):1497
1 pH值測量的基本原理
用于確定化學(xué)反應(yīng)過程的zui熟悉zui古老的零電流測量方法恐怕就是pH測量。一般來講,pH測 量就是用來確定某種溶液的酸堿度。即使化學(xué)純水 也有微量被離解,其電離方程式為: H2O H2O=H3O一 OH一 (1) 由于水只有極少量被離解,離子的克分子濃度一般為負冪指數(shù) 為了免于用克分子濃度負冪指數(shù) 進行運算,生物學(xué)家澤倫森(Soernsen)在1 909年 建議將此不便使用的數(shù)值用對數(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 對數(shù)的負值。即: pH=一log[H ] (2) 由于離子積對溫度的依賴性很強,對于過程控 制的pH值,必須同時知道溶液的溫度特性,只有在被測介質(zhì)處于相同溫度的情況下才能對其pH值進行比較。為了得到和可重現(xiàn)的pH值,就要使用電位分析法來進行pH值測量。 電位分析法所用的電極被稱為原電池。此電池 的電壓被稱為電動勢(EMF)。此電動勢(EMF) 由2個半電池構(gòu)成。其中一個半電池稱作測量電極,它的電位與特定的離子活度有關(guān);另一個半電 池為參比半電池,通常稱作參比電極,它一般是與 測量溶液相通,并且與測量儀表相連。標(biāo)準(zhǔn)氫電極是所有電位測量的參比點。標(biāo)準(zhǔn)氫電極是一根鉑 絲,用電解的方法鍍(涂覆)上氯化鉑,并且在四周充人氫氣構(gòu)成的。 zui熟悉也是zui常用的pH指示電極是玻璃電極。它是一支端部吹制上對于pH敏感的玻璃膜的 玻璃管。管內(nèi)充填有含飽和AgCI的KCI緩沖溶液, 其pH值為7。存在于玻璃膜二面的反映pH值的 電位差,此電位差遵循能斯特公式: E=Eo 。1n [H3oq (3) n。」 式中:E一電位;E 電極的標(biāo)準(zhǔn)電壓;R — 氣體常數(shù);T一開氏溫度;F一法拉第常 數(shù);N 一被測離子的化合價; [H O ]一H O 離子的活度。 由上式可見,電位E與H O 離子活度、溫度 存在一定的關(guān)系,在一定溫度下,測量電位E即可算 出ln [H O ](轉(zhuǎn)換為一log[H O ]即得pH),這 就是pH檢測的基本原理。 在能斯特公式中,溫度“ ’作為變量起很大 作用。隨著溫度的上升,電位值將隨之增大。對于每1℃的溫度變大,將引起電位0。2 mV/pH變化。 用pH值來表示,則每I~C每lpH變化0。0033pH 值。這也就是說:對于20~30~C和7pH左右的測量 來講,不需要對溫度變化進行補償;而對于溫度大 于30~C或小于20℃和pH值大于8或小于6的應(yīng)用 場合則必須對溫度變化進行補償。
2 pH計的原理結(jié)構(gòu)
pH值zui早是采用電位計測量電極電位的方法來測量,它是一種用準(zhǔn)確已知的標(biāo)準(zhǔn)電位來平衡 未知電位的零指示儀器。受電位計靈敏度的限制, 普通電位計*不適用于帶有薄膜體系的電位測量,這種pH值測量使用很不方便。20世紀(jì)六七十 年代,隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,在很多電子技術(shù) 應(yīng)用領(lǐng)域里晶體管逐步代替電子管,大大減小了電子儀器的體積和功耗。但由于晶體管是電流控 制器件,其輸入阻抗遠比電子管的輸入阻抗低, 因此只有在變?nèi)荻壒艹霈F(xiàn)后才有了全晶體管的 pH電位儀。20世紀(jì)70年代中后期,出現(xiàn)了以微處理器為核心的智能pH檢測儀。用軟件實現(xiàn)電極 信號的計算處理和pH值的溫度補償,對pH值進行特征化處理以克服pH值測量*的非線性。儀 表檢測精度大大提高,功能更為豐富,可以適應(yīng)較 寬的溫度范圍。 目前幾乎所有的工業(yè)pH值儀表都是智能型的。智能型pH值檢測儀表是以單片機為核心,采 用大規(guī)模集成電路芯片對電極信號和溫度信號進行 處理,處理后的信號送入單片機進行計算處理。 pH值檢測儀表是以(式3)的公式為理論依據(jù)進 行開發(fā)的,其原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。由于以單片 機為核心,可以進行復(fù)雜的計算,數(shù)據(jù)處理非常方便,檢測精度大為提高,儀表的體積更小,性能更 為可靠。
3 測量電極及其選擇方法
3。1 銻測量電極 銻測量電極是一種純銻活性表面的半金屬。電極的銻觸點發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一個氫氧化層。銻電極之所以能像其它電極一樣可響應(yīng)pH,正因為這個氧化層能感應(yīng)pH。但是銻電極不如玻璃或離子 敏感場效應(yīng)晶體管(ISFET)電極測量,因為 它對pH和溫度響應(yīng)是非線性的。它的標(biāo)準(zhǔn)溫度限 制在0~80~C,標(biāo)準(zhǔn)pH范圍在2~11。氧化或變形 反應(yīng)會打斷銻電極測量。例如因氯或亞硫酸鹽存在引起的氧化或變形。因為銻觸點會對可能的氧化或變形響應(yīng)。 現(xiàn)在銻電極已經(jīng)很少被用于pH測量了,只有在含氫氟酸溶液的工藝過程中才用到。因為pH 值≤4的氫氟酸溶液會迅速損壞玻璃或離子敏感場效應(yīng)晶體管(ISFET)電極。但是銻電極在氫氟酸 溶液中使用也是有限的,因為pH值≤2時測量結(jié)果很難達到。
3。2 玻璃測量電極 玻璃測量電極包括一個特殊機理玻璃,它可發(fā)出隨pH變化的m號。玻璃電極通常對pH值 在1至12范圍間能夠作出非常線性mV響應(yīng)。玻璃電極的生產(chǎn)廠商一般會提供不同厚度的電極以適合 各種溫度條件。例如溫度在0~80~C,或20~110~(2 適用的玻璃電極。即便如此,厚玻璃電極也依然易碎,很容易破裂或斷掉。 在pH≥11的溶液中使用玻璃電極會產(chǎn)生鈉誤 差,這是因為相比氫濃度低的溶液,通常玻璃電極 更易響應(yīng)鈉濃度高的溶液。其它溶液,如鉀,也容 易造成這種反應(yīng)。pH測量讀數(shù)低于真實值一般出現(xiàn)在pH在0。1~0。3時。高pH值溶液還會腐蝕電 極。高溫且高pH值的溶液會影響玻璃電極對pH 的響應(yīng)和縮短玻璃電極的使用壽命。較厚的玻璃電 極用于高pH值和高溫溶液中。 相反,在低pH值溶液中,如pH≤1時,玻璃 電極會產(chǎn)生酸誤差。因為溶液中,酸和水的比值 高,玻璃膜和電極響應(yīng)都會受到影響。除此之外, 酸濃度高的溶液有可能影響精度的情況,還要注意 氫氟酸會腐蝕并zui終損壞玻璃電極。一個普遍的規(guī) 律是氫氟酸或pH≤4的溶液會縮短玻璃電極的壽命。更確切的說法是玻璃電極在10 mol/L氫氟酸 中測量不穩(wěn)定,且會被腐蝕。相比玻璃電極,銻測 量電極的抗氫氟酸腐蝕性要強很多。
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