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酸度计的工作原理及使用方法
1、酸度计(pH计)的工作原理
酸度计(以下简称pH计)是采用氢离子选择性电极测量液体pH值的一种广泛使用的化学分析仪器。酸度计是用电势法来测量pH值的,其基本原理是: 将一个连有内参比电极的可逆氢离子指示电极和一个外参比电极同时浸入到某一待测溶液中而形成原电池,在一定温度下产生一个内外参比电极之间的电池电动势。这个电动势与溶液中氢离子活度有关,而与其它离子的存在基本没有关系。仪器通过测量该电动势的大小,最后转化为待测液的pH值而显示出来。
实验中为了操作方便,常常把连有内参比电极的氢离子指示电极和外参比电极复合在一起构成复合电极。复合电极的基本结构如图1所示。其主要组成部件如下:
图1 复合pH电极的基本结构示意图(1)玻璃薄膜球泡:它是由具有H交换功能的锂玻璃熔融吹制而成,呈球形,- mm左右,25 C下的电阻值<250兆欧。
(2)玻璃支持管:是支持电极球泡的玻璃管体,由电绝缘性优良的铅玻璃制成,其膨胀系数与电极球泡玻璃一致。 o+
(3)内参比电极:多为Ag/AgCl电极或饱和甘汞电极,主要作用是提供一个稳定的参比电势,要求其电极电势稳定,温度系数小。
(4)内参比溶液:为pH值恒定的缓冲溶液或浓度较大的强酸溶液, mol/L HCl溶液。
(5)电极壳:电极壳是支持玻璃电极和液接界,盛放外参比溶液的壳体,通常由聚碳酸酯(PC)塑压成型或者玻璃制成。PC塑料在有些溶剂中会溶解,如丙酮、四氯化碳、三氯乙烯、四氢呋喃等,如果测试液中含有以上溶剂,就会损坏电极外壳,此时应改用玻璃外壳的pH复
合电极。
(6)外参比电极:多为银/氯化银电极或饱和甘汞电极,其作用也是提供一个稳定的参比电势,要求其电极电势稳定,重现性好,温度系数小。
(7)外参比溶液:常为饱和氯化钾溶液或KCl凝胶电解质。
(8)液接界:液接界是外参比溶液和被测溶液之间的连接部件,要求渗透量大且稳定,通常由瓷砂芯材料构成。
(9)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。使用复合电极之前,必须将电极中的玻璃薄膜球泡在水中浸泡,使之形成一个三层结构,即中间的干玻璃层和两边的“水合硅胶层”。当球状玻璃膜的内外玻璃表面与水溶液接触时,Na2SiO3晶体骨架中的Na或Li2SiO3中的Li与水溶液中的H发生交换:
G-Na+H = G-H+Na 或 G-Li+H = G-H+Li
因为该交换过程的平衡常数很大,因此,玻璃膜内外表面层中的Na或Li的位置几乎全部被H所取代,从而形成所谓的“水合硅胶层”。当把浸泡好的玻璃电极插入到待测溶液中时,水合硅胶层与溶液接触,由于硅胶层表面H 活度和溶液中H 活度不同,形成活度差,H便从活度大的一方向活度小的一方迁移,从而在硅胶层与溶液中建立了平衡,改变了胶
- 液两相界面的电荷分布,产生一定的相界电势。同理,在玻璃膜内侧水合硅胶层- 内部溶液界面也存在一定的相界电势。其相界电势可用下式表示: +++++++++++++++++
?外?K1?RTaRTaln1 和?内?K2?ln2 zFaˊzFaˊ12
+式中a1、a2分别表示外部待测溶液和内参比溶液中H的活度;a 1ˊ、a 2ˊ分别表示玻璃