酸度计的工作原理及利用方式

酸度计的工作原理及利用方式
１、酸度计（pH计）的工作原理
酸度计(以下简称pH计)是采纳氢离子选择性电极测量液体pH值的一种普遍利用的化学分析仪器。

酸度计是用电势法来测量pH值的，其大体原理是: 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，在必然温度下产生一个内外参比电极之间的电池电动势。

那个电动势与溶液中氢离子活度有关，而与其它离子的存在大体没有关系。

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路组成复合电极。

复合电极的大体结构如图1所示。

其要紧组成部件如下：
图1 复合pH电极的大体结构示用意
(1)玻璃薄膜球泡：它是由具有H+互换功能的锂玻璃熔融吹制而成，呈球形，膜厚在 mm左右，25 o 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，由优良的制成，其与电极球泡玻璃一致。

(3)内参比电极：多为Ag/或饱和甘汞电极，要紧作用是提供一个稳固的参比，要求其电极电势稳固，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 mol/L HCl溶液。

(5)电极壳：电极壳是支持玻璃电极和液接界，盛放外的壳体，通常由聚碳酸酯()塑压成型或玻璃制成。

PC 塑料在有些溶剂中会溶解，如丙酮、、、等，若是测试液中含有以上溶剂，就会损坏电极外壳，现在应改用玻璃外壳的。

(6)外参比电极：多为银/或饱和甘汞电极，其作用也是提供一个稳定的参比，要求其电极电势稳固，好，温度系数小。

(7)外：常为饱和或凝胶电解质。

(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，要求渗透量大且稳固，通常由瓷砂芯材料组成。

(9)电极导线：为低噪音金属，内芯与内连接，屏蔽层与外参比电极连接。

利用复合电极之前，必需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，Na 2SiO 3晶体骨架中的Na +或Li 2SiO 3中的Li +与水溶液中的H +发生互换：
G-Na ++H + = G-H ++Na + 或 G-Li ++H + = G-H ++Li +
因为该互换进程的平稳常数专门大，因此，玻璃膜内外表面层中的Na +或Li +的位置几乎全
数被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成立了平稳，改变了胶 - 液两相界面的电荷散布，产生必然的相界电势。

同理，在玻璃膜内侧水合硅胶层 - 内部溶液界面也存在必然的相界电势。

其相界电势可用下式表示： ˊln K 111外a a zF RT +=ϕ 和 ˊln K 2
22内a a zF RT +=ϕ 式中a 1、a 2别离表示外部待测溶液和内参比溶液中H +的活度；a 1ˊ、a 2ˊ别离表示玻璃
膜外、内水合硅胶层表面的H + 活度；K 1、K 2别离为由玻璃膜外、内表面性质决定的常数。

因为玻璃膜内外表面性质大体相同，因此k 1 = k 2，又因为水合硅胶层表面的Na + 或
Li +全数都被H +
所取代，故a 1ˊ= a 2ˊ , 因此 2
1内外玻璃膜ln - a a zF RT ==ϕϕϕ 由于内参比溶液中H +
活度a 2是必然值， 故： pH F
RT K a zF RT K 303.2ln 313玻璃膜-=+=ϕ 其中K 3= -(RT/zF)lna 2, 为一常数。

能够看出，在必然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组成的原电池的总的电动势，其值为
液接外参比玻璃膜内参比---ϕϕϕϕ=E
关于质量合格的复合电极，内参比ϕ，参比外ϕ的值均为稳固不变的常数，而外参比溶液和待
测液之间的液接电势液接ϕ趋于0且超级稳固，因此可将上式中各个不变的量归并为一个常数K ，最后得
pH F RT
K E 303.2+=
能够看出，在必然温度下酸度计测得的由复合电极和待测液一路组成的原电池的电动势与待测液的pH 值呈线性关系。

在pH 计利用前，用两个pH 值已知的缓冲溶液为标准试液对仪器进行校正，确信上面公式中的截距和斜率，以后就能够够用来测试待测液了。

１、 操作步骤
以pSH-25型酸度计为例说明酸度计的一样利用方式。

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：仪器利用前先要标定。

一样说，若是仪器持续利用，只需最初标定一次。

具体操作分二种：
① 一点校正法——用于分析精度要求不高的情形。

1）仪器插上电极，选择开关置于pH 档。

2）仪器斜率调剂器在100%位置（即顺时针旋到底的位置）。

数据显示屏定位调节旋钮温度调节旋钮选择开关(pH/mV)电极斜度调节旋钮
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，调剂温度调剂器，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）待读数稳固后，该读数应为标准缓冲溶液的pH值，不然调剂定位调剂器，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，预备测量待测液。

②二点校正法——用于分析精度要求较高的情形。

1）仪器插上电极，选择开关置于pH档，仪器斜率调剂器调剂在100%位置。

2）选择二种标准缓冲溶液（被测溶液的pH值应该大约在该二种标准缓冲溶液pH值之间，如pH = 和pH = ）。

3）把电极放入第一缓冲溶液（pH = ），调剂温度调剂器，使所指示的温度与溶液相同。

4）待读数稳固后，该读数应为该标准缓冲溶液的pH值，不然调剂定位调剂器，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 = ），摇动试杯使溶液均匀。

6）待读数稳固后，该读数应为第二种缓冲溶液的pH值，不然调剂斜率调剂器，使其显示的数值与第二种标准缓冲溶液的pH值一致。

现在，酸度计标定完成，以后不能再调剂定位调剂器和斜率调剂器，不然需从头标定。

关于周密度高的酸度计，有时需要重复3）- 6）步骤以反复调剂定位调剂器和斜率调剂器，以达到最正确的仪器校对成效。

7）清洗电极，并吸干电极球泡表面的余水待用。

（4）测量
○1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，以维持电极内氯化钾溶液的液压差恒定。

○2将电极夹向上移出，用蒸馏水清洗电极头部，并用滤纸吸干。

○3把电极插在被测溶液内，调剂温度调剂器，使所指示的温度与溶液的温度相同。

摇动试杯使溶液均匀，读数稳固后，读出该溶液的pH值。

（5）终止
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，以后浸泡在饱和KCl溶液中保留。