DN-2型钠离子浓度计电极国产化的研制

　　1　引言

　　介绍了钠电极国产化的研制过程,从研究钠电极的特性入手,分析进口电极和国产电极的特性异同点,结合DN-2钠表的实际电路,对电路进行了适当改造,使DN-2钠表接受了国产电极,测试数据与使用ORION电极基本一致,解决了钠表生产的实际问题。

　　2　对钠电极测量原理的分析

　　采用了上海雷磁厂生产的1048型钠电极及1370型甘汞电极。1048型钠电极的量程为0·1~1000μg/L,与ORION电极量程一致。

　　钠电极属于离子选择性电极,其敏感玻璃膜对溶液中的钠离子有敏感作用,依据钠离子浓度不同,产生不同的电极电位,从而达到测量溶液中钠离子浓度的目的。钠电极产生的电极电位与溶液中钠离子浓度及温度之间的关系符合能斯特方程:

　　式中:E为电极电位;为等电势点的电极电位;n为得失的电子数,对于钠离子,n=1;F为法拉第常数96485C/mol;R为气体常数,8·314J/mol·K;T为热力学温度,K;C为水样钠离子浓度;为等电势点的钠离子浓度;S为电极斜率。

　　能斯特方程是一个超越方程,E与C的关系包含对数,不便于分析,因此常采用pNa作为浓度单位。水样中的浓度μg/L值与pNa值换算关系如表1所示。

　　通过实验发现,进口钠电极与国产钠电极的主要区别在于:

　　(1)进口钠电极零电势点为100μg/L(pNa 5·36),国产钠电极零电势点为pNa1·5左右,在同样浓度的溶液中,国产钠电极电位要比进口钠电极电位低200mV左右。

　　(2)二者等电势点不同,进口钠电极等电势点为10μg/L (pNa6·36),国产钠电极的等电势点为pNa0附近。两种钠电极曲线如图1所示。

　　为使国产钠电极能应用于DN-2型钠表,就必须把国产钠电极曲线转换为进口钠电极曲线,才能被钠表接受。

　　为此,针对国产钠电极特性,设计了电极转换电路,并单独制作了电路板。

　　3　钠电极国产化的实现

　　3·1　电路原理

　　因为在同样浓度的溶液中,国产钠电极电位要比进口钠电极电位低200mV左右,就必须使其提高L1为进口钠电极曲线,L2为国产钠电极曲线。

　　200mV左右,我们称此值为ΔE.另外由于国产钠电极的离散性,每支电极电位各自不同,所提高的ΔE值必须可调。故设计了一个“电平转换电路”,电路原理图如图2所示.

　　电路由2个四运放LM324组成(U1、U2)。U2/A与电位器、电阻等元件组成ΔE发生器,-5V电源来自仪表内部电源,调整,可在U2-8脚获得0~470mV的ΔE电压。U2/B、电阻等元件组成加法器。U1-10脚接收电极电压,U1-8脚隔离输出。ΔE电压与电极电压在U2-2脚进行代数和,由U2-1脚输出,此电压已将原电极电压提高ΔE.例如原电极电压为-250mV,ΔE为200mV,则U2-1脚电压应为50mV(U2/B具有反相作用)。U1/A为反相器,恢复电极电压极性。如上例,当U2-1脚为+50mV时,U1-1为-50mV.U1/B为隔离输出。