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1、酸度计的工作原理及使用方法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）是米用氢离子选 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。及的基本结构如图1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
2、电极复合在一 起构成复合电极。复I| 邮礼所示。其主要组成部件如下：一 kbd L'1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，膜厚在0.1-0.2 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。(3) 内参比电极：多为 Ag/Agci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，如0.1 m
3、ol/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
4、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，NaSiO3晶体骨架中的 Na或U2SQ3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“才或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
5、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：外叫zFln ar内RTln a2 zF a/式中a、a2分别表示外部待测溶液和内参比 溶液中的活度；a i /、a 2 /分别表示玻璃 膜外、内水合硅胶层表面的 H活度；K、K2 分别为由玻璃膜外、内表面性质决定的常数。因为玻璃膜内外表面性质基本相同， 所 以ki = k 2，又因为水合硅胶层表面的 N6或 Li +全部都被H+所取
6、代，故ai / = a 2 / ,因玻璃膜RTln 01zFa2由于内参比溶液中H+活度a2是一定值，故:玻璃膜In a zF其中 K3= -(RT/zF)Ina 2,为一常数。可以看出，在一定温度下玻璃电极的膜 电势与试液的pH呈直线关系。而酸度计测得 的是内外两个参比电极之间构成的原电池的 总的电动势，其值为E内参比- 玻璃膜 - 夕卜参比- 液接对于质量合格的复合电极，内参比，外参比的值均为 稳定不变的常数，而外参比溶液和待测液之间 的液接电势液接趋于0且非常稳定，所以可将上 式中各个不变的量合并为一个常数 K,最后得E K 2. 303RT pHf可以看出，在一定温度下酸度计测得的由复
7、合电 极和待测液一起构成的原电池的电动势与待测 液的pH值呈线性关系。在pH计使用前，用两个 pH值已知的缓冲溶液为标准试液对仪器进行校正，确定上面公式中的截距和斜率， 之后就可以 用来测试待测液了。2、 操作步骤以pSH-25型酸度计为例说明酸度计的一 般使用方法。图2为pSH-25型酸度计外部结 构。具体操作步骤为：(1) 开机：按下电源开关，电源接通后，预热 10 min。(2) 仪器选择开关置“ pH'档或“ mV档。(3) 标定：仪器使用前先要标定。一般说， 如果仪器连续使用，只需最初标定一次。具体操 作分二种：一点校正法用于分析精度要求不高 的情况。1) 仪器插上电极，选择
8、开关置于 pH档。2) 仪器斜率调节器在100%位置(即顺时针图2 pSH-25型酸度计外部结构3）选择一种最接近待测样品溶液 pH值的标 准缓冲溶液（其pH值为已知的），并把电极放入 这一缓冲溶液中，调节温度调节器，使所指示的 温度与溶液的温度相同，并摇动试杯，使溶液均 匀。4）待读数稳定后，该读数应为标准缓冲溶 液的pH值，否则调节定位调节器，使读数与标 准缓冲溶液的pH值一致。5）清洗电极，并吸干电极球泡表面的余水， 准备测量待测液。二点校正法用于分析精度要求较高 的情况。1）仪器插上电极，选择开关置于pH档，仪 器斜率调节器调节在100%位置。2）选择二种标准缓冲溶液（被测溶液的 pH
9、 值应该大约在该二种标准缓冲溶液 pH值之间， 如 pH = 4.00 和 pH = 7.00）。3）把电极放入第一缓冲溶液（pH = 7.00）， 调节温度调节器，使所指示的温度与溶液相同。4）待读数稳定后，该读数应为该标准缓冲 溶液的pH值，否则调节定位调节器，使读数与 标准缓冲溶液的pH值一致。5）清洗电极，并吸干电极球泡表面的余水 后，把电极放入第二种缓冲溶液（如pH= 4.00）， 摇动试杯使溶液均匀。6）待读数稳定后，该读数应为第二种缓冲 溶液的pH值，否则调节斜率调节器，使其显示 的数值与第二种标准缓冲溶液的 pH值一致。此 时，酸度计标定完成，之后不能再调节定位调节 器和斜率调节器，否则需重新标定。对于精密度 高的酸度计，有时需要重复 3） - 6 ）步骤以反 复调节定位调节器和斜率调节器，以达到最佳的 仪器校对效果。7）清洗电极，并吸干电极球泡表面的余水 待用。（4）测量CD将复合电极加液口上所套的橡胶套和下端的橡皮套全取下，以保持电极内氯化钾溶液的 液压差恒定。D将电极夹向上移出，用蒸馏水清洗电极头部，并用滤纸吸干。D把电极插在被测溶液内，调节温度调节器，使所指示的温度与溶液的温度相同。 摇动试杯使溶液均匀，读数稳定后，读出该溶液的pH值。(5) 结束测试完成后关闭仪器电源，用蒸馏水清洗 电极头部，并用滤纸吸干，之后浸泡在饱和 KC 溶液中保存。