pH计使用与维护解析ppt课件.ppt
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3、标准缓冲溶液的使用与保存方法,系统了解pH计在我公司的应用,掌握pH电极的使用与维护方法,掌握pH标准缓冲溶液的使用与保存方法,掌握pH计的工作原理、正确选用与标准化操作,系统了解pH计在我公司的应用,掌握pH电极的使用与维护方法,掌握pH标准缓冲溶液的使用与保存方法,H计使用与维护,1,2,3,4,5,H计原理理论,H计正确选择,H电极的使用与维护,H计标准操作演示(8min),H标准缓冲溶液的使用与保存,授课内容:,1,目的,H的概念: pH值,亦称氢离子浓度指数、酸碱值,是溶液中氢离子活度的一种标度,也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准。,H与酸碱度的区别与联系,H的定义式为:pH=l
4、gH+(一定温度下)其中H+(此为简写,实际上应是H3O+,水合氢离子活度)指的是溶液中氢离子的活度,单位为molL-1。,H的表示方法:,25时,当pH7时,溶液呈碱性,当pH=7时,溶液呈中性。pH值愈小,溶液的酸性愈强;pH愈大,溶液的碱性也就愈强。,H计:,H计,又称作pH酸度计或者酸度计,是用来测定溶液pH的一种仪器,利用溶液的电化学性质测量氢离子浓度,以确定溶液酸碱度的传感器。,H计工作原理:,H值通常用电位法测量,用一个恒定电位的参比电极和指示电极组成一个原电池,而这个原电池的电位就是指示电极和参比电极电位的代数和。pH计的参比电极电位稳定,那么在温度保持稳定的情况下,溶液和电极
5、所组成的原电池的电位变化,只与玻璃电极的电位有关,而玻璃电极的电位取决于待测溶液的pH值,因此通过对电位的变化测量,就可以得出溶液的pH值。 E=E指示电极+E参比电极,H计工作原理简析1:,原电池是一个系统,它的作用是使化学反应能转成为电能。此电池的电压被称为电动势(EMF)。此电动势(EMF)由二个半电池构成,其中一个半电池称作指示电极,它的电位与特定的离子活度有关,如H+;另一个半电池为参比半电池,通常称作参比电极,它一般与测量溶液相通,并且与测量仪表相连。此二种电极之间的电压遵循能斯特(NERNST)公式:,式中:E电位E0电极的标准电压(不固定的常数)R气体常数(8.31439焦耳/
6、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,操作简便,但受色度、浊度、胶体物质、氧化剂、还原剂及盐度的干扰2。,此法简单直观,但不够准确。,电位法基本不受前两种因素的干扰,所以一般物质的pH测定均用电位法。测定pH的仪器称为pH计或酸度计。,化学分析法 (比色法1),试纸法,电位法3,H值的测定方法:,参比电极,1,维持一个恒定的电位,作为测量各种偏离电位的对照。银-氧化银电极是目前pH中最常用的参比电极。.,2,建立一个对所测量溶液的氢离子活度发生变
7、化作出反应的电位差。把对pH敏感的电极和参比电极放在同一溶液中,就组成一个原电池,该电池的电位是玻璃电极和参比电极电位的代数和。,指示电极,3,将原电池的电位放大若干倍,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。,电流计,H计主要由参比电极、指示电极、电流计三部分组成,应用场合,仪器精度,数值指示,原件类型,笔试pH计便捷式pH计实验室台式pH计工业pH计等。,分为0.2级0.1级0.02级0.01级0.001级数字越小,精度越高。,指针式数显式,晶体管式集成电路式单片机微电
8、脑式,各种类型pH计举例,H计的正确选择,H计的选择,H计精度级别,级别?准确度?,二者的区别?,分为0.2级0.1级0.02级0.01级0.001级,H计的级别是按其电流计的分度值(分辨率或最小显示值)表示的。例如:分度为0.1pH的仪器称为0.1级pH计;分度值为0.001pH的仪器称为0.001级pH计等等。,H计的准确度是电流计与电极配套测试标准溶液的综合误差,它不仅与电流计有关,而且与玻璃电极、参比电极或复合电极更有关。,H计的级别,H计的准确度,电极的分辨率再高,仪器测试的准确度都难以优于0.01pH,为什么?,从实际使用需求出发,目前电流计的分度值为0.1-0.001pH。如果有
9、必要的话,依当前的科技水平,完全可以制造出更精密的电流计。但由于结构与制造等方面的原因,目前常用电极的性能还不能达到完全理想的程度。玻璃电极的重复性误差和参比电极的溶液液接电势稳定性都不优于0.01pH。因此电极的分辨率再高,仪器测试的准确度都难以优于0.01pH,但是选择高分辨率的pH计可以最大限度的克服或消除电流计对测试误差的影响。,电极是pH计中唯一与样品直接接触的部件,其选用、储存与维护对于测量的精密度和准确度有着最大的影响,pH电极是氢离子选择性电极,pH电极是实现pH正确的校准与测量的关键。所以我们有必要深入了解pH电极的使用与维护知识。,用来指示溶液中待测离子活度的电极,其电极电
10、势与溶液中离子活度之间有一定关系。,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。,H复合电极就是指把pH玻璃电极和参比电极组合在一起的电极。根据外壳材料的不同分塑壳和玻璃两种,H电极,复合电极,参比电极,指示电极,指示电极,金属电极,离子选择性电极,汞电极(第三类电极),金属金属难溶盐电极(第二类电极),金属电极(第一类电极),惰性金属电极(零类电极),非晶膜电极玻璃电极,多晶膜电极卤化银电极,单晶膜电极氟电极,金属电极是指某种金属插入该金属离子的溶液中构成的电极,这种电极只包括一个界面。金属与该金属离子在该界面上发生可逆的电子转移,此类电极仅与金属离子的活度有关。最常见的金属电
11、极是银电极1(AgAgCl电极)。,该电极由金属表面带有该金属难溶盐的涂层的金属,浸在与其难溶盐有相同阴离子的溶液中组成。其特点是有两个相界面,其电极电位随溶液中难溶盐的阴离子活度变化而变化。常见的有甘汞电极和银氯化银电极。,金属电极(第一类电极),金属金属难溶盐电极(第二类电极),该电极有金属汞(或汞齐丝)浸入含有少量Hg2+-EDTA配合物及被测金属离子的溶液中所组成。根据溶液中同时存在的Hg2+和Mn+与EDTA间的两个配位平衡,可以导出关系式:E(Hg22+/Hg )= E(Hg22+/Hg )- 0.059lgaMn+,由惰性材料如铂、金或石墨炭作成片或棒状,浸入含有均相和可逆的同元
12、素的两种不同氧化态的离子溶液中组成,称为零类电极或氧化还原电极。电极不参与反应,但其晶格间的自由电子可与溶液进行交换。故惰性金属电极可作为溶液中氧化态和还原态获得电子或释放电子的场所。,汞电极(第三类电极),惰性金属电极(零类电极),金属电极、金属-金属难溶盐电极、汞电极、惰性金属电极等,都属金属基电极。电极电位主要来源于电极表面的氧化还原反应。由于这些电极受溶液中氧化剂、还原剂等多种因素的影响,其选择性不高,总 结,是一种以电位法测定某些特定离子活度的指示电极,基于内部溶液与外部溶液之间产生的电位差,即膜内外被测离子活度的不同而产生电位差,称之为膜电位。,电极的关键部件敏感膜对溶液中特定离子
13、有选择性响应。敏感膜并不给出或得到电子,而是选择性地让某些离子渗透,同时包含离子交换过程。,电极电位,扩散电位,道南电位,两种不同离子或离子相同而活度不同的溶液,其液液界面上由于离子的扩散速度不同,能形成液接电位,也可称扩散电位。离子的扩散属于自由扩散,没有强制性和选择性,正、负离子均可进行。扩散电位存在于液液界面、固体内部、电极的敏感膜中。,若有一种带负电荷载体的膜或选择性渗透膜。它能发生交换或只让被选择的离子通过,当膜与溶液接触时,膜相中可活动的阳离子的活度比溶液中高,或者只允许阳离子通过,而阻止阴离子通过,最终结果造成溶液和膜两相界面上正、负电荷分布不均匀,形成双电层结构而产生电势差。这
14、种电荷的迁移形式带有选择性或强制性,产生的电位是相间电位,称为道南电位。,玻璃电极的含义玻璃电极是用对氢离子活度有电势响应的玻璃薄膜制成的膜电极,是常用的氢离子指示电极。玻璃电极是最常用的指示电极。,ISE由四个基本部分组成1: 电极腔体玻璃或高分子聚合物材料做成内参比电极通常为Ag/AgCl电极内参比溶液由氯化物及响应离子的强电解 质溶液组成(一般为0.1mol/L的盐酸溶液)敏感膜对离子具有高选择性的响应膜,玻璃电极的结构,70%,Li2O,Na2O、 CaO SiO2,Al2O3,玻璃电极依据玻璃球膜材料的特定配方不同,可以做成对不同离子响应的电极。,玻璃电极的作用原理1,玻璃电极在水溶
15、液中浸泡后,形成一个三层结构,即中间的干玻璃层和两边的水化硅胶层。水化硅胶层的厚度大约为0.110m。如图,其中:a1 ,a2 外部试液、电极内参比溶液的H+活度;,玻璃电极的作用原理,将浸泡后的玻璃电极插入待测溶液,水合层与溶液接触,由于水合硅胶层表面与溶液中的H+活度不同,形成活度差,H+由活度大的一方向活度小的一方迁移,达到平衡时,H+溶液H+凝胶层,改变了胶液两相界面的电荷分布,产生了一定的相界电位。,玻璃电极的钠差和酸差,钠差当测量pH较高或Na+浓度较大的溶液时,测得的pH值偏低,称为钠差或碱差。每一支pH玻璃电极都有一个测定pH高限,超出此高限时,钠差就显现了。产生钠差的原因是由
16、于在强碱性溶液中氢离子浓度很低,溶液中大量钠离子的存在,使钠离子进入玻璃电极的硅酸晶格的倾向增加。 Na+参与响应。 酸差当测量pH小于1的强酸、或盐度大、或某些非水溶液时,测得的pH值偏高,称为酸差。产生“酸差”的原因是:当测定酸度大的溶液时,玻璃膜表面可能吸附H+,当测定盐度大或非水溶液时,溶液中 氢离子活度小。,氢电极,甘汞电极最常用的参比电极,银|氯化银电极,汞|氧化汞电极,汞|硫酸亚汞电极,参比电极,参比电极的种类,甘汞电极1,甘汞电极由汞、甘汞和含Cl-的溶液等组成,常用Hg|Hg2Cl2|Cl-表示。电极内,汞上有一层汞和甘汞的均匀糊状混合物。用铂丝与汞相接触作为导线。电解液一般
17、采用氯化钾溶液。用饱和氯化钾溶液的甘汞电极称为饱和甘汞电极,这是最常用的参比电极。甘汞电极的电极电势与氯化钾浓度和所处温度有关。它在较高温度时性能较差。,复合电极的结构,复合电极,1、电极球泡1,2、玻璃支持杆2,3、内参比电极3,5、外参比电极5,4、电极外壳4,6、密封胶6;7、液接界7;8、加液孔8;9、密封塑料9;10、电极导线10等,高浓度氯化钾,为了减少液接界的电势差或使其保持稳定及重现,就必须采用高浓度的KCI溶液(3.3mol/L)作为电极的外参比盐桥溶液,它有足够高的离子强度,比被测介质的可能的最大的离子强度还要大510倍,因此,在液接界界面上,总是K+和Cl-向外扩散,而由
18、于K+和Cl-的扩散速度接近相等,正负电荷分布基本均匀,因此形成较小的液接界电势,液接界,复合电极结构液接界,参比电极(复合电极)通过盐桥溶液与被测溶液相连通,这样在被测溶液和参比盐桥溶液之间就形成液接界。液接界两边溶液中的离子不断跨越界面向对面进行扩散,由于各个离子扩散速度不同,而使液接界两边带有符号相反的电荷,产生电位差,即称为液接界电位,也称扩散电位,它会影响电极的测量精度。,液接界,复合电极结构液接界液接界的结构: 常用结构有陶瓷砂芯、纤维丝、多孔材料(玻璃或塑料)及玻璃磨口等,玻璃磨口材料是最理想的液接界,它可以做成接触面积及渗出速度均较大在,适用于高粘度、浑浊液体及低离子强度液体的
19、测定。普及:双液接界电极?,液接界材料的结构要求是能够渗透,但又不能渗透太快,同时又要耐腐蚀,双液接参比电极的结构,有二个液接界和二个参比溶液腔体。,外腔体中一般是KNO3溶液,内腔体中是KCl溶液,它有二个显著的优点:第一,减少污染,被测溶液只能污染外腔体中的溶液,对内腔体中的KCI溶液影响很小;第二,减少液接界堵塞和离子间的化学反应。,可充式复合电极,可充式pH复合电极的电极外壳上有加液孔,当电极的外参比溶液流失后,可将加液孔打开,重新补充KCl溶液,非可充式复合电极,可充式复合电极与非可充式复合电极,非可充式pH复合电极的外壳上没有加液孔,内装凝胶状KCl,不易流失也无需加液。,可充式复
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