PH计的原理及注意事项ppt课件.ppt
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1、主讲主讲: :卞在雄卞在雄内容导览内容导览PHPH计工作原理计工作原理PHPH计校正方法计校正方法PHPH计保养及注意事项计保养及注意事项PH计概念计概念什么是什么是PH计计 pH计计,又称,又称酸度计酸度计,是用来测定溶液,是用来测定溶液pH的的一种仪器。一种仪器。酸度计酸度计是利用溶液的电化学性是利用溶液的电化学性质测量氢离子浓度,用来确定溶液酸碱度质测量氢离子浓度,用来确定溶液酸碱度的一种传感器。的一种传感器。PH计广泛应用于工业、农计广泛应用于工业、农业、科研、环保等领域业、科研、环保等领域 。 PHPH计的种类计的种类PH计的种类有哪些?计的种类有哪些?主要有台式酸度计(工业在线酸度
2、计主要有台式酸度计(工业在线酸度计PH计)计)、便携式便携式PH计计、笔式酸度计三大类别。笔式酸度计三大类别。 PH值值PH值是怎么定义的?值是怎么定义的? pH值被定义为氢离子浓度的对数的负值。值被定义为氢离子浓度的对数的负值。通常通常pH值的范围是为值的范围是为014。25中性水中性水的的pH值为值为7,pH值小于值小于7的溶液为酸性,的溶液为酸性,pH值大于值大于7为碱性。为碱性。 PHPH计工作原理计工作原理PH计的工作原理是怎样的?计的工作原理是怎样的? 酸度计酸度计是利用化学上的原电池的原理工是利用化学上的原电池的原理工作的。原电池的两个电极间的电动势作的。原电池的两个电极间的电动
3、势不仅与电极的自身属性有关,还与溶不仅与电极的自身属性有关,还与溶液里的氢离子的浓度有关,因此电动液里的氢离子的浓度有关,因此电动势和氢离子的浓度有一个对应关系。势和氢离子的浓度有一个对应关系。 离子活度离子活度是指电解质溶液中参与电化学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(反应的离子的有效浓度。离子活度( )和浓度(和浓度(c c)之间存在定量的关系,其)之间存在定量的关系,其表达式为:表达式为:=cc式中:式中: 为离子的活为离子的活度;度; 为离子的活度系数;为离子的活度系数;c c为离子的为离子的浓度。浓度。 通常小于通常小于1 1,在溶液无限稀时,在溶液无限稀时离
4、子间相互作用趋于零,此时活度系离子间相互作用趋于零,此时活度系数趋于数趋于1 1,活度等于溶液的实际浓度。,活度等于溶液的实际浓度。一般在水溶液中一般在水溶液中H H离子的浓度非常小,离子的浓度非常小,所以所以H H离子的活度基本和其浓度相等。离子的活度基本和其浓度相等。根据根据能斯特方程能斯特方程,离子活度与电极电,离子活度与电极电位成正比,因此可对溶液建立起电极位成正比,因此可对溶液建立起电极电位与活度的关系曲线,此时测定了电位与活度的关系曲线,此时测定了电位,即可确定离子活度,所以实际电位,即可确定离子活度,所以实际上我们是通过测量电位来计算上我们是通过测量电位来计算H H离子的离子的浓
5、度的。浓度的。 PHPH计工作原理计工作原理能斯特方程:公式中: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相当于(273.15+20)293.15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) ln(aMe)离子活度aMe的对数 在水溶液中氢核基本不以自由态存在,实际的情况是:H2O+ H2O=H3O+ + OH,自由态的H离子基本可以忽略,水溶液中H3O+(水合氢离子)的浓度基本上和H离子浓度相等,所以,上式通常简化为:H2O=H+ + OH 在25的纯水中,仅有微量的水发生电离,进过测量此时的H
6、离子和OH离子的浓度为107mol/l,水的离子积KW为:KW=KH2O KW = H3O+* OH=107*107=1014mol/l(25) 在同一温度下,水的离子积为一常数,比如在25是,水的离子计总为1014mol/l,比如:如果这是H+的浓度为103mol/l,那么OH的浓度就是1011mol/l。当溶液中的H+离子浓度大于 OH离子浓度时,我们称其为酸性溶液,当H+离子浓度小于 OH离子浓度时我们称其碱性溶液。实际使用中,离子浓度很小,为了避免使用中的不便,1909年生物学家泽伦森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。因
7、此,PH值以H离子浓度以10为底的负对数值。PHPH计的组成计的组成PH计由三个部件构成,简单的说就是电极和电计组成的。计由三个部件构成,简单的说就是电极和电计组成的。 参比电极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。银的对照。银-氧化银电极是目前氧化银电极是目前pH中最常用的参比电极。中最常用的参比电极。 玻璃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
8、池,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。该电池的电位是玻璃电极和参比电极电位的代数和。E电池电池E参比参比+E玻璃,玻璃,如果温度恒定,这个电池的电位随待测溶液的如果温度恒定,这个电池的电位随待测溶液的pH变化而变化,而测量变化而变化,而测量pH计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1100M;因此,必须把信号放大,使其足以推动标准毫伏表或毫安表。;因此,必须把信号放大,使其足以推动标准毫伏表或毫安表。电流计的功能就是将原电池的电位放
9、大若干倍,放大了的信号通过电表显示出,电表指针偏转的程度表示其推动的信号的强度,为了使用上的需要,pH电流表的表盘刻有相应的pH数值;而数字式pH计则直接以数字显出pH值。 1)一个参比电极;)一个参比电极; 2)一个玻璃电极;)一个玻璃电极; 3)一个电流计。)一个电流计。电极电极 A、参比电极:、参比电极: 对溶液中氢离子活度无响应,具有已知和恒定的电极电位的电极称为参比电极。对溶液中氢离子活度无响应,具有已知和恒定的电极电位的电极称为参比电极。参比电极有硫酸亚汞电极、甘汞电极和银参比电极有硫酸亚汞电极、甘汞电极和银/氯化银电极等几种。最常用的是甘汞电氯化银电极等几种。最常用的是甘汞电极和
10、银极和银/氯化银电极。氯化银电极。 B、玻璃电极:由玻璃支杆、玻璃膜、内参比溶液、内参比电极、电极帽、电线、玻璃电极:由玻璃支杆、玻璃膜、内参比溶液、内参比电极、电极帽、电线等组成。玻璃支杆;玻璃膜:由特殊成份组成的对氢离子敏感的玻璃膜组成。等组成。玻璃支杆;玻璃膜:由特殊成份组成的对氢离子敏感的玻璃膜组成。玻璃膜一般呈球泡状;球泡内充入内参比溶液(中性磷酸盐和氯化钾的混合溶玻璃膜一般呈球泡状;球泡内充入内参比溶液(中性磷酸盐和氯化钾的混合溶液);插入内参比电极(一般用银液);插入内参比电极(一般用银/氯化银电极),用电极帽封接引出电线,装氯化银电极),用电极帽封接引出电线,装上插口,就成为一
11、支上插口,就成为一支pH指示电极。市场销售的最常用的指示电极是指示电极。市场销售的最常用的指示电极是231玻璃玻璃pH电极。电极。C、复合电极:、复合电极:(我们用的我们用的E-201-C) 外壳为塑料的就称为塑壳外壳为塑料的就称为塑壳pH复合电极。外壳为玻璃的就称为玻璃复合电极。外壳为玻璃的就称为玻璃pH复合电极。复合电极。pH复合电极的结构主要由电极球泡、玻璃支持杆、内参比电极、内参比溶液、外复合电极的结构主要由电极球泡、玻璃支持杆、内参比电极、内参比溶液、外壳、外参比电极、外参比溶液、液接界、电极帽、电极导线、插口等组成。壳、外参比电极、外参比溶液、液接界、电极帽、电极导线、插口等组成。
12、复合电极的组成复合电极的组成 电极球泡:它是由具有氢功能的锂玻璃熔融吹制而成,呈球电极球泡:它是由具有氢功能的锂玻璃熔融吹制而成,呈球形,膜厚在形,膜厚在0.10.2mm左右,电阻值左右,电阻值250兆欧兆欧25。 玻璃支持管:是支持电极球泡的玻璃管体玻璃支持管:是支持电极球泡的玻璃管体,由电绝缘性优良由电绝缘性优良的铅玻璃制成,其膨胀系数应与电极球泡玻璃一致。的铅玻璃制成,其膨胀系数应与电极球泡玻璃一致。 内参比电极:为银内参比电极:为银/氯化银电极,主要作用是引出电极电位,氯化银电极,主要作用是引出电极电位,要求其电位稳定,温度系数小。要求其电位稳定,温度系数小。 内参比溶液:零电位为内参
13、比溶液:零电位为7pH的内参比溶液,是中性磷酸盐和的内参比溶液,是中性磷酸盐和氯化钾的混合溶液,玻璃电极与参比电极构成电池建立零电位氯化钾的混合溶液,玻璃电极与参比电极构成电池建立零电位的的pH值,主要取决于内参比溶液的值,主要取决于内参比溶液的pH值及氯离子浓度。值及氯离子浓度。 电极塑壳:电极塑壳是支持玻璃电极和液接界,盛放外参电极塑壳:电极塑壳是支持玻璃电极和液接界,盛放外参比溶液的壳体,由聚碳酸酯塑压成型。比溶液的壳体,由聚碳酸酯塑压成型。 外参比电极:为银外参比电极:为银/氯化银电极,作用是提供与保持一个固氯化银电极,作用是提供与保持一个固定的参比电势,要求电位稳定,重现性好,温度系
14、数小。定的参比电势,要求电位稳定,重现性好,温度系数小。 外参比溶液:为外参比溶液:为3.3mol/L的氯化钾凝胶电解质,不易流失,的氯化钾凝胶电解质,不易流失,无需添加。无需添加。 砂芯液接界:液接界是构通外参比溶液和被测溶液的连接砂芯液接界:液接界是构通外参比溶液和被测溶液的连接部件,要求渗透量稳定。部件,要求渗透量稳定。 电极导线:为低噪音金属屏蔽线,内芯与内参比电极连接,电极导线:为低噪音金属屏蔽线,内芯与内参比电极连接,屏蔽层与外参比电极连接。屏蔽层与外参比电极连接。PHPH缓冲溶液的配置缓冲溶液的配置pH4pH4:邻苯二甲酸氢钾溶液;:邻苯二甲酸氢钾溶液;4.003pH;4.003
15、pH;pH7pH7:磷酸二氢钾和磷酸氢二钠混合盐溶液;:磷酸二氢钾和磷酸氢二钠混合盐溶液;6.864 pH;6.864 pH;pH9pH9:硼砂溶液;:硼砂溶液;9.182 pH9.182 pHpH4:精密称取在:精密称取在1155干燥干燥23小时的邻苯二甲酸氢小时的邻苯二甲酸氢钾钾KHC8H4O410.12g,加水使溶解并稀释至,加水使溶解并稀释至1000ml。 pH7:精密称取在:精密称取在1155干燥干燥23小时的无水磷酸氢二钠小时的无水磷酸氢二钠4.303g与与磷酸二氢钾磷酸二氢钾1.179g,加水使溶解并稀释至,加水使溶解并稀释至1000ml。另补充:磷酸盐标。另补充:磷酸盐标准缓冲
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