酸度计的原理及维护

　　酸度计广泛应用于工农业生产、环保、食品科学等研究领域中,以pH值表示的酸度是一个重要的物化特性参数。主要用于测定各种溶液的酸碱度(pH)值和测量电极(mV)值。此外, pH测量还广泛应用于生物、医学环境分析和海洋调查等方面,因此酸度计性能的好坏直接影响仪器分析结果的准确性。

　　阿累尼乌斯(S·A·Arrhenius)于1887年提出:凡在水溶液中产生氢离子H+的物质叫做酸,而在水溶液中产生氢氧离子OH-的物质叫碱。通常我们采用pH值来表示溶液的酸碱度: pH=7时溶液为中性, pH<7时为酸性, pH>7时为碱性。

　　1　酸度计的原理

　　pH值的测量方法主要有两种:比色法和电测法。测量范围0~14pH。比色法是通过pH试纸颜色的变化测量溶液的pH值,是采用有些指示剂在不同的酸碱度下能呈现能变化或变化为不同颜色这一种特性来测量溶液酸碱度的一种方法。此方法方便、快捷,但比色法受因溶液本身颜色或含蛋白质等干扰而限制采用,这种方法只适用于分辨力大于0·5pH值的测量,而对于分辨力小于0·5pH的测量,我们均采用电计测法即用酸度计进行。我这里主要介绍这种测量方法。

　　酸度计(以下简称pH计)是根据pH实用定义采用氢离子选择性电极测量水溶液pH值的一种广泛使用的化学分析仪器,是用其电势法测量pH。其原理是:当一个氢离子可逆的指示电极和一个参比电极同时浸入在某一溶液中组成原电池(参比电极电位原则是不变的,并应已知),在一定的温度下产生一个电动势,这个电动势与溶液的氢离子活度有关,而与其他离子的存在关系很小(如图1所示)。25℃下液相中氢离子活度为1mol/kg,气相氢气压为1·01325×105Pa (1个大气压),这时的氢电极称为标准氢电极,它的电极电势为零。任何电极的电势都可以依据这个标准氢电极来度量。将待测电极与标准氢电极连接,温度控制在25℃,所测的电池电动势称为标准电极电势。因此,待测溶液pH的变化可以直接表示为它所构成的电池电动势的变化:

　　2　常用电极的介绍

　　从图1可见酸度计主要是通过电极和溶液产生微电压,所以使用什么电极对酸度值的大小很关键。我们常用的测量酸度计的电极主要有如下几种:

　　(1)氢电极:氢电极的原理与金属电极颇为相似。但氢是气体,不能直接用作电极,而需要一个镀有铂黑的铂电极吸附氢气起金属电极的作用。它的主要优点的准确,可用于测量较广泛的pH范围。但这种电极在氧化还原过程中,生成其他的氧化或还原物质时,会引起测量误差,操作也不方便,所以这种电极一般只作标准电极,实际测量中很少使用。

　　(2)醌-氢醌电极:它是惰性的金属铂或金浸入醌氢醌饱和溶液中而组成的,是利用醌-氢醌对在惰性电极上建立的电位平衡。醌-氢醌电极的优点是电位稳定快、内阻低。但如果pH超过8,呈弱酸的氢醌开始离解或者被氧化成醌,破化了电位平衡。另外,其它能与醌结合的物质都会影响pH测定,如蛋白质、硼酸盐、胶体悬浮液等。