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【必備】pH計基礎(chǔ)知識匯總(包括結(jié)構(gòu)、原理、使用方法及維護(hù))

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2023-05-17
核心提示:  pH計是測量和反應(yīng)溶液酸堿度的重要工具,pH計的型號和產(chǎn)品多種多樣,顯示方式也有指針顯示和數(shù)字顯示兩種可選,但是無
  pH計是測量和反應(yīng)溶液酸堿度的重要工具,pH計的型號和產(chǎn)品多種多樣,顯示方式也有指針顯示和數(shù)字顯示兩種可選,但是無論pH計的類型如何變化,它的工作原理都是相同的,其主體是一個精密的電位計。


pH計的結(jié)構(gòu)


1.一個參比電極;

2.一個玻璃電極,其電位取決于周圍溶液的pH;

3.一個電流計,該電流計能在電阻極大的電路中測量出微小的電位差。


以下是分別說明各部件的主要功能:


參比電極的基本功能是維持一個恒定的電位,作為測量各種偏離電位的對照。銀-氧化銀電極是目前pH中最常用的參比電極。

玻璃電極的功能是建立一個對所測量溶液的氫離子活度發(fā)生變化作出反應(yīng)的電位差。把對pH敏感的電極和參比電極放在同一溶液中,就組成一個原電池,該電池的電位是玻璃電極和參比電極電位的代數(shù)和。E電池=E參比+E玻璃,如果溫度恒定,這個電池的電位隨待測溶液的pH變化而變化,而測量pH計中的電池產(chǎn)生的電位是困難的,因其電動勢非常小,且電路的阻抗又非常大1-100MΩ;因此,必須把信號放大,使其足以推動標(biāo)準(zhǔn)毫伏表或毫安表。

電流計的功能就是將原電池的電位放大若干倍,放大了的信號通過電表顯示出,電表指針偏轉(zhuǎn)的程度表示其推動的信號的強(qiáng)度,為了使用上的需要,pH電流表的表盤刻有相應(yīng)的pH數(shù)值;而數(shù)字式pH計則直接以數(shù)字顯出pH值。


pH計的工作原理


pH計是以電位測定法來測量溶液pH值的,因此pH計的工作方式,除了能測量溶液的pH值以外,還可以測量電池的電動勢。pH在拉丁文中,是Pondus hydrogenii的縮寫,是物質(zhì)中氫離子的活度,pH值則是氫離子濃度的對數(shù)的負(fù)數(shù)。


pH計的主要測量部件是玻璃電極和參比電極,玻璃電極對pH敏感,而參比電極的電位穩(wěn)定。將pH計的這兩個電極一起放入同一溶液中,就構(gòu)成了一個原電池,而這個原電池的電位,就是這玻璃電極和參比電極電位的代數(shù)和。

pH計的參比電極電位穩(wěn)定,那么在溫度保持穩(wěn)定的情況下,溶液和電極所組成的原電池的電位變化,只和玻璃電極的電位有關(guān),而玻璃電極的電位取決于待測溶液的pH值,因此通過對電位的變化測量,就可以得出pH溶液的PH值。


pH計原理圖

誤差校正


理論上,0~7~14pH的發(fā)生電位差在25℃時為+414mV~0~-414mV左右。在能斯特方程式中,電位差大約會變化-59mV,但實(shí)際上1pH的變化大約會變化-58mV,此外對于強(qiáng)酸性與強(qiáng)堿性由于玻璃膜的材質(zhì)以及液體的種類不同,會產(chǎn)生誤差。

pH計的電位差

pH計的校正使用符合JIS標(biāo)準(zhǔn)的pH標(biāo)準(zhǔn)液。pH標(biāo)準(zhǔn)液包括草酸鹽(1.68pH)、酞酸鹽(4.01pH)、中性磷酸鹽(6.86pH)、磷酸鹽(7.41pH)、硼酸鹽(9.18pH)、碳酸鹽(10.01pH)。


pH計的使用方法(步驟)


pH計使用前的準(zhǔn)備工作


1.使用pH計之前先用三蒸水清洗電極,注意玻璃電極不要碰碎。



2.準(zhǔn)備在平臺pH計的旁邊放至調(diào)節(jié)用的NAOH液和HCL液。


3.在冰箱中拿出定pH液(pH=7.0),放與平臺上。


4.打開pH計,調(diào)定pH值,按︿﹀鍵選擇pH和CAL選項,選擇其中的CAL項,調(diào)節(jié)插入到pH液(pH=7.0)中,按《》鍵選擇數(shù)據(jù)值到7.0處,出現(xiàn)小八叉即可。


5.將玻璃電極插入到待測的溶液中,再放入另一電極,適當(dāng)?shù)臄噭右好妫ㄗ⒁猓翰灰鏊椴Aщ姌O)。


6.pH計的電子單元使用必須注意電路的保護(hù),在不進(jìn)行pH值測量時,要將pH計的輸入短路,以避免pH計的損壞。



7.pH計的玻璃電極插座必須保持干凈、清潔和干燥,不能接觸鹽霧和酸霧等有害氣體,同時嚴(yán)禁玻璃電極插座上沾有任何的水溶液,以避免pH計高輸入阻抗。



8.未到你需要的pH值時要小心的加如NaOH液和HCL液,(據(jù)調(diào)節(jié)范圍不同可以選擇不同濃度的調(diào)節(jié)液,濃度小時可以快加,濃度大時要加慢)。



9.加液時小心不要超過所需的定容量。


pH計怎么使用步驟


1.后蓋打開,裝入電池一塊。


2.裝上復(fù)合玻璃電極注意:

(1)復(fù)合電極下端是易碎玻璃泡,使用和存放時千萬要注意,防止與其它物品相碰。

(2)復(fù)合電極內(nèi)有KCl飽和溶液作為傳導(dǎo)介質(zhì),如干涸結(jié)果測定不準(zhǔn)必須隨時觀察有無液體,發(fā)現(xiàn)剩余很少量時到化驗室灌注。

(3)復(fù)合電極儀器接口決不允許有污染,包括有水珠。

(4)復(fù)合電極連線不能強(qiáng)制性拉動,防止線路接頭斷裂。

3.打開電源開關(guān)后,再打到pH測量檔。

4.用溫度計測量pH6.86標(biāo)準(zhǔn)液的溫度,然后將pH計溫度補(bǔ)償旋鈕調(diào)到所測的溫度值下。


5.將復(fù)合電極用去離子水沖洗干凈,并用濾紙擦干。


6.將pH6.86標(biāo)準(zhǔn)溶液2~5mL倒入已用水洗凈并擦干的塑料燒杯中,洗滌燒杯和復(fù)合電極后倒掉,再加入20mLpH6.86標(biāo)準(zhǔn)溶液于塑料燒杯中,將復(fù)合電極插入于溶液中,用儀器定位旋鈕,調(diào)至讀數(shù)6.86,直到穩(wěn)定。應(yīng)該注意以下兩點(diǎn):

(1)必須用pH6.86標(biāo)準(zhǔn)調(diào)定位。

(2)調(diào)完后,決不能再動定位旋鈕。


7.將復(fù)合電極用去離子水洗凈,用濾紙擦干,用溫度計測量pH4.00溶液的溫度,并將儀器溫度補(bǔ)償旋鈕調(diào)到所測的溫度值下。


8.將pH4.00標(biāo)準(zhǔn)溶液2~5mL倒入另一個塑料燒杯中,洗滌燒杯和復(fù)合電極后倒掉,再加入20mLpH4.00標(biāo)準(zhǔn)溶液,將復(fù)合電極插入溶液中,讀數(shù)穩(wěn)定后,用斜率旋鈕調(diào)至pH4.00。應(yīng)該注意斜率鈕調(diào)完后,決不能再動。


9.用溫度計測定待測液溫度,并將儀器溫度補(bǔ)償調(diào)至所測溫度。



10.將復(fù)合電極插入待測溶液中,讀取pH值,即為待pH值。應(yīng)該注意以下兩點(diǎn):

(1)測定時溫度不能過高,如超過40℃測定結(jié)果不準(zhǔn),需用燒杯取出稍冷。

(2)復(fù)合電極避免和有機(jī)物接觸,一旦接觸或沾污要用無水乙醇清洗干凈。


11.注意事項:儀器在使用前必須進(jìn)行校準(zhǔn),即以上4~8款操作。如果儀器不關(guān)機(jī),可以連續(xù)測定,一旦關(guān)機(jī)就要校準(zhǔn)。但12小時即使不關(guān)機(jī)也必須校準(zhǔn)一次。


pH計校準(zhǔn)的三種方法


一、ph計的一點(diǎn)校準(zhǔn)

任何一種pH計都必須經(jīng)過pH標(biāo)準(zhǔn)溶液的校準(zhǔn)后才可測量樣品的pH值,對于測量精度在0.lpH以下 的樣品,可以采用一點(diǎn)極準(zhǔn)方法調(diào)整儀器,一般選用pH6.86或pH7.00標(biāo)準(zhǔn)緩沖液。有些儀器本身精度只有0.2pH或0.lpH,因此儀器只設(shè)有一個¨定位¨調(diào)節(jié)旋鈕。具體操作步驟如下:

(1) 測量標(biāo)準(zhǔn)緩沖液溫度,查表確定該溫度下的pH值,將溫度補(bǔ)償旋鈕調(diào)節(jié)到該溫度下。

(2) 用純水沖洗電極并甩干。

(3) 將電極浸入緩沖溶液晃動后靜止放置,待讀數(shù)穩(wěn)定后,調(diào)節(jié)定位旋鈕使儀器顯示該標(biāo)準(zhǔn)溶液的pH值。

(4) 取出電極沖洗并甩干。

(5) 測量樣品溫度,并將pH計溫度補(bǔ)償旋鈕調(diào)節(jié)至該溫度值



二、ph計的二點(diǎn)校準(zhǔn)

對于精密級的pH計,除了設(shè)有¨定位¨和¨溫度補(bǔ)償¨調(diào)節(jié)外,還設(shè)有電極¨斜率¨調(diào)節(jié),它就需要用二種標(biāo)準(zhǔn)緩沖液進(jìn)行校準(zhǔn)。一般先以pH6.86或pH7.00進(jìn)行¨定位¨校準(zhǔn),然后根據(jù)測試溶液的酸堿情況,選用pH4.00(酸性)或pH9.18和pHI0.0l (堿性)緩沖溶液進(jìn)行¨斜率¨校正。具體操作步驟為:

(1) 電極洗凈并甩干,浸入pH6.86或pH7.00標(biāo)準(zhǔn)溶液中,儀器溫度補(bǔ)償旋鈕置于溶液溫度處。待示值穩(wěn)定后,調(diào)節(jié)定位旋鈕使儀器示值為標(biāo)準(zhǔn)溶液的pHs值。

(2) 取出電極洗凈甩干,浸入第二種標(biāo)準(zhǔn)溶液中。待示值穩(wěn)定后,調(diào)節(jié)儀器斜率旋鈕,使儀器示值為第二種標(biāo)準(zhǔn)溶液的pHs值。

(3) 取出電極洗凈并甩干,再浸入pH6.86或pH7.00緩沖溶液中。如果誤差超過0.02pH,則重復(fù)第 (1)、(2)步驟,直至在二種標(biāo)準(zhǔn)溶液中不需要調(diào)節(jié)旋鈕都能顯示正確pHs值。

(4) 取出電極并甩干,將pH溫度補(bǔ)償旋鈕調(diào)節(jié)至樣品溶液溫度,將電極浸入樣品溶液,晃動后靜止放置,顯示穩(wěn)定后讀數(shù)。



三、PH計的第三點(diǎn)校準(zhǔn) 

不管是什么樣的pH計,pH=7這個點(diǎn)是必須校正的,而且在兩點(diǎn)校正的時候要先校正pH=7這個點(diǎn)。做校正時從7.0開始,選擇的標(biāo)準(zhǔn)液與要測定的溶液的PH值有關(guān),使溶液的PH值能落在校正的PH范圍內(nèi)。一般采用兩點(diǎn)就可以滿足要求,如果對其要求很高,才考慮第三點(diǎn)的。有些儀器能校正三點(diǎn),有模式可選,可直接用該模式。有些沒有的,一般是采用兩點(diǎn)兩點(diǎn)校對,即校對兩次。

用7.004.01做的校正,如果再需要第三點(diǎn)是該用9.21的緩沖液還是用10.01,9.18,12.46,1.68等其他的哪個緩沖液呢?該如何確定?



1、其實(shí),pH采第三點(diǎn)校正是多少,主要還是取決于你的樣品情況。正如你所說,校準(zhǔn)溶液從pH1.68~12.46有許多種,根據(jù)樣品最終PH值范圍決定選用合適的校準(zhǔn)溶液。我們常用的是4.00,6.86,9.18,如果你的樣品更偏近于堿性,則需要9.18、10.01、12.46。校正順序根據(jù)不同儀器情況也各有區(qū)別,有的要求按順序校準(zhǔn),有的則沒有要求,儀器會自動識別,需要參見相關(guān)儀器使用說明書。



2、不管是什么樣的pH計,pH=7這個點(diǎn)是必須校正的,而且在兩點(diǎn)校正的時候要先校正pH=7這個點(diǎn)。做校正時從7.0開始,選擇的標(biāo)準(zhǔn)液與要測定的溶液的PH值有關(guān),使溶液的PH值能落在校正的PH范圍內(nèi)。一般采用兩點(diǎn)就可以滿足要求,如果對其要求很高,才考慮第三點(diǎn)的。有些儀器能校正三點(diǎn),有模式可選,可直接用該模式。有些沒有的,一般是采用兩點(diǎn)兩點(diǎn)校對,即校對兩次


3、我們通常用的是7,4,10的校準(zhǔn)次序。先校酸后校堿。



pH計使用注意事項




1.一般情況下,pH計儀器在連續(xù)使用時,每天要標(biāo)定一次;一般在24小時內(nèi)儀器不需再標(biāo)定。



2.使用前要拉下pH計電極上端的橡皮套使其露出上端小孔。



3.標(biāo)定的緩沖溶液一般第一次用pH=6.86的溶液,第二次用接近被測溶液pH值的緩沖液,如被測溶液為酸性時,緩沖液應(yīng)選pH=4.00;如被測溶液為堿性時則選pH=9.18的緩沖液。



4.測量時,電極的引入導(dǎo)線應(yīng)保持靜止,否則會引起測量不穩(wěn)定。



5.電極切忌浸泡在蒸餾水中。pH計所使用的電極如為新電極或長期未使用過的電極,則在使用前必須用蒸餾水進(jìn)行數(shù)小時的浸泡,這樣pH計電極的不對稱電位可以被降低到穩(wěn)定水平,從而降低電極的內(nèi)阻。



6.pH計在進(jìn)行pH值測量時,要保證電極的球泡完全進(jìn)入到被測量介質(zhì)內(nèi),這樣才能獲得更加準(zhǔn)確的測量結(jié)果。



7.pH計使用時,要去除參比電極點(diǎn)解液加液口的橡皮塞,這樣參比電解液就能夠在重力的。


pH計的保養(yǎng)


1.pH計玻璃電極的貯存

pH計短期內(nèi)不用時,可充分浸泡在飽和氯化鉀溶液中。但若長期不用,應(yīng)將其干放,切忌用洗滌液或其他吸水性試劑浸洗。


2.pH玻璃電極的清洗

玻璃電極球泡受污染可能使電極響應(yīng)時間加長?捎肅CL4或皂液揩去污物,然后浸入蒸餾水一晝夜后繼續(xù)使用。污染嚴(yán)重時,可用5%HF溶液浸10~20分鐘,立即用水沖洗干凈,然后,浸入0.1N HCL溶液一晝夜后繼續(xù)使用。


3.玻璃電極老化的處理

玻璃電極的老化與膠層結(jié)構(gòu)漸進(jìn)變化有關(guān)。舊電極響應(yīng)遲緩,膜電阻高,斜率低。用氫氟酸浸蝕掉外層膠層,經(jīng)常能改善電極性能。若能用此法定期清除內(nèi)外層膠層,則電極的壽命幾乎是無限的。


4.參比電極的貯存

銀-氯化銀電極最好的貯存液是飽和氯化鉀溶液,高濃度氯化鉀溶液可以防止氯化銀在液接界處沉淀,并維持液接界處于工作狀態(tài)。此方法也適用于復(fù)合電極的貯存。

常見問題及解決方案



1.同一樣品,兩次測量的pH值不一樣?

溫度變化或樣品本身發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),都會引起pH值的變化。所以,應(yīng)盡量保持溫度一致,并且避免化學(xué)反應(yīng)。



2.同一樣品,同時在兩臺pH計上測量,讀數(shù)不一致?

由于兩臺pH計的校正條件不一樣(如,不同時間做的校正),造成測量值有差異。所以要用同一緩沖液在同一時間里對pH計進(jìn)行校正,然后再同時測定。



3.為什么緩沖液在有效期內(nèi)已經(jīng)變質(zhì)不能使用了?

緩沖液的有效期是指未開封使用狀態(tài)下的保存期。一旦開封使用后,由于空氣中各種霉菌的作用,緩沖液較易變質(zhì)。

注意:已使用過的緩沖液,千萬不能倒回原裝瓶中!



4.電極需多久校準(zhǔn)一次?

電極的校準(zhǔn)頻率取決于電極的使用、保養(yǎng)、樣品性質(zhì)以及測量精度等具體情況。建議每天校準(zhǔn)一次,最長不要超過每周一次校準(zhǔn)。更換電極以及長時間不使用,在使用前必須先校準(zhǔn)。



5.如何保養(yǎng)pH電極?

電極使用一段時間后,若發(fā)現(xiàn)斜率變低、響應(yīng)速度變慢等情況,可嘗試下列方法:

①若測量樣品中含有蛋白質(zhì),可用胃蛋白酶/鹽酸洗液清洗電極膜。

②若測量樣品為油性/有機(jī)液體,可用丙酮或乙醇沖洗。

③若發(fā)現(xiàn)電極液絡(luò)部變臟變黑,可用硫醇清洗液清洗液絡(luò)部。

④活化電極膜,活化方法:電極再生液浸泡30秒,再用3mol/LKCL溶液浸泡5小時。



6.樣品溫度為10℃,此時儀表顯示的是10℃還是25℃下的pH值?

酸度計顯示的是溶液在當(dāng)前溫度下的pH值,若在10℃測量,儀表顯示的是溶液10℃的值,如果需要得到25℃的pH,必須把溶液溫度升/降溫至25℃,再進(jìn)行測量。酸度計的溫度補(bǔ)償指的是補(bǔ)償溫度對pH電極的影響,但不能將任何溫度下的pH值補(bǔ)償?shù)?5℃。



7.為什么電極放在pH7.00的緩沖液中校正后,顯示為7.02?

此時緩沖液溫度在20℃左右。由于緩沖液的pH值會隨溫度變化有小量變化,7.00只是緩沖液在25℃下的值,而緩沖液在20℃時的值應(yīng)為7.02。pH計能自動補(bǔ)償溫度對緩沖液的影響以保證測量精度! 



8.pH電極壽命有多長?

pH電極的壽命與測量樣品的性質(zhì)、樣品溫度及使用的頻率、保養(yǎng)情況有關(guān)。在正常使用、正確保養(yǎng)的情況下,pH電極壽命為1至2年。



9.檢測pH計準(zhǔn)不準(zhǔn)?

測pH計準(zhǔn)不準(zhǔn)?唯一可靠和最簡單的方法就是以pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液來進(jìn)行檢定。取三個pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液:pH6.86、pH4.00、pH9.18(最好是新鮮配制并且溫度相同),以pH6.86進(jìn)行定位校準(zhǔn),以pH4.00進(jìn)行斜率校準(zhǔn),然后測試pH9.18看pH計是否準(zhǔn)確,是否合格立見分曉。如果精度不合格,還可以進(jìn)一步判斷是pH計有問題還是pH電極有問題。



10.pH計數(shù)字不穩(wěn)定現(xiàn)象原因總結(jié):

①檢查電極是否已損壞;

②應(yīng)該是電極使用的時間太長了,先校準(zhǔn)看一下是否有效;

③可試下用2.5mmoL/L的KCL溶液浸泡探頭;

④清洗一下玻璃球,是不是時間長了,上面附著了一些有機(jī)物,導(dǎo)致反應(yīng)不靈敏;

⑤在水中存在著一個化學(xué)平CO2+H2O→H++HCO3-,由于一般的純水或地表水都顯弱堿性導(dǎo)致該平衡向正反應(yīng)方向移動故pH會一直上升;

⑥在被測水樣中加入中性鹽(如,KCL)作為離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑,改變?nèi)芤褐械碾x子總強(qiáng)度,增加導(dǎo)電性,使測量快速穩(wěn)定。此方法國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6P04.3-93中規(guī)定:“測量水樣時為了減少液接電位的影響和快速達(dá)到穩(wěn)定,每50mL水樣中加入一滴中性0.1moL/L KCL溶液!彪m然此方法改變了水樣中的離子強(qiáng)度,在一定程度上引起了其pH值得變化,但經(jīng)實(shí)驗證明此變化在數(shù)值上只改變了0.01pH左右,是完全可以接受的。但采用這種方法時,一定要注意所加的KCL溶液不應(yīng)含任何堿性或酸性的雜質(zhì)。因此KCL試劑要采用高純度的,所配溶液的水質(zhì)也要高純度的中性水質(zhì)。


文章(文字)來源:網(wǎng)絡(luò)
編輯:songjiajie2010

 
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