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pH計

pH測量簡介

pH計是一種用于測量溶液酸堿度(又稱為pH值)的儀器。pH是描述酸堿度的度量單位。其測量范圍是0到14。

pH值以氫離子活度表示酸或堿的活度大小,從而提供所需定量信息。物質的pH值與氫離子[H+]和氫氧離子[OH-]的濃度比例有直接關系。如果H+濃度大于OH-,材料則呈酸性,即pH值小于7。如果OH-濃度大于H+,材料則呈堿性,即pH值大于7。如果存在等量的H+和OH-離子,材料則呈中性,即pH值為7。酸和堿分別含有自由的氫離子和氫氧離子。在給定條件下,溶液中的氫離子和氫氧離子的濃度關系保持恒定,知道其中一個的濃度即可推算出另一個濃度。

多臺pH設備的測試陣列

了解更多有關pH計信息

pH值的測量

pH試紙或指示劑會隨著pH值的變化而改變顏色,可用于粗略地指示pH值。這些指示劑在準確度上存在一定限制,難以通過顏色或模糊的樣本正確指示pH值。

“pH”一詞代表什么意思?

術語pH中的“p”來源于表示負對數的數學符號“p”,而“H”來源于氫元素的化學符號。
更準確的測量需要采用pH計來完成。pH測量系統由三部分組成:pH測量電極,參比電極和高輸入阻抗計。pH電極可當做一個電池,其電壓會隨著被測溶液的pH值變化而變化。pH值測量電極是一個對氫離子敏感的玻璃球,其毫伏級的輸出會隨著玻璃球內外的相對氫離子濃度變化而發生改變。而參考電極的輸出并不會因為氫離子活度的變化而改變。pH電極具有非常高的內阻,因此難以測量pH值所導致的電壓變化。所以,pH計的輸入阻抗和漏泄電阻是非常重要的因素。pH計本質上是一個高阻抗放大器,能夠準確測量微小的電極電壓,并直接在模擬或數字顯示器上顯示pH值測量結果。在某些情況下,可以讀取特殊應用或者利用離子選擇或氧化還原電位(ORP)電極的電壓。

pH電極

在過去50到60年間,pH電極技術并未發生太大的改變。隨著過去30到40年的技術進步,pH電極制造仍然不失為一門藝術。電極的特制玻璃主體構造是由玻璃吹制機吹制而成。這并非特別先進的“高科技”過程,而是電極制造中非常關鍵且重要的一步。事實上,玻璃厚度決定了其電阻,進而影響其輸出。

玻璃電極誤差,pH單位

溫度補償

由于pH電極和pH測量均對溫度敏感,因此儀器設有溫度補償功能。溫度可通過手動或自動方式進行補償。手動補償功能需要單獨測量溫度值,可采用近似溫度值來設置pH計的手動補償溫度。在自動補償(ATC)設置中,單獨溫度探頭中的信號會傳輸至pH計,因此能準確地確定樣本在該溫度下的pH值。

緩沖溶液

緩沖溶液是指具有恒定pH值且能夠避免pH值大幅度變化的溶液。緩沖溶液通常用于校準pH測量系統(電極和測量計)。兩個電極的輸出之間可能存在微小差異,而且電極輸出隨著時間推移也會產生變化。因此,必須定期校準pH測量系統。緩沖溶液適用于各種pH值,它們既可以是預混合的液體,也可以是方便使用的干粉膠囊。大多數pH計需要針對數個pH值進行校準。第一個校準數值通常是在等電位點(電極在 pH 7,25℃條件下所產生的信號為0 mV)附近,第二個校準數值通常是 pH 4 或 pH 10。最好選擇盡可能接近被測樣本實際pH值的緩沖溶液。



選擇合適的pH計

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無線pH計無線pH計
藍牙無線變送器與智能手機或平板電腦連接,記錄并監測pH測量結果。這些變送器可以測量不同的傳感器輸入,包括但不限于pH、RTD、相對濕度。借助藍牙無線技術,將數據傳輸到已安裝應用程序的智能手機或平板電腦上。該應用程序允許使用智能手機進行配對并對多個變送器進行設置。
便攜式pH計便攜式pH計
此類pH計功能完善,便于攜帶,適于實驗室或現場使用。其可用功能包括RS232輸出、數據保持、°C或°F選擇、自動關閉、過載指示以及自動或手動溫度補償,等等。
臺式pH計臺式pH計
臺式pH計通常是實驗室、工業和制造應用的理想之選。各型號具有mV、離子和溫度測量功能,種類多種多樣,涵蓋經濟型到滿足低公差測量需求的高端型。
pH電極pH電極
pH電極具有各種類型,適用于實驗室與工業應用。無論何種類型,這些電極均由玻璃制成,因此非常容易破碎。電極設計大部分用于測量水性介質。它們并非設計用于CCl4之類的溶劑,因為這些溶劑里面不含氫離子。

常見問題

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溫度對pH的影響

溫度高于25°C:溫度補償可降低高pH值并提高低pH值,使pH值接近中性。溫度低于25°C:溫度補償可提高高pH值(堿性更強)并降低低pH值(酸性更強),使pH值遠離中性。是否需要采取溫度補償,取決于所需的pH準確度。比如,如果準確度要求為±0.1 pH,那么當pH為6且溫度為45℃(113℉)時,誤差為0.06,仍滿足準確度要求。另一方面,在pH為10且溫度為55℃(131℉)時的誤差為0.27 pH,如果要求±0.1 pH的準確度,則須進行補償。

可通過一種或者兩種方式進行補償。如果溫度出現波動,則應采用自動補償器。如果溫度變化范圍僅有數攝氏度,則應采用手動補償器。如果無須采用補償器,可在溫度補償器端子上安裝一個固定電阻。上述任何一種裝置——自動補償、溫度補償或者固定電阻——均是pH計電路的一項功能。同樣,須從測量計制造商處獲取信息和零部件。如果采用自動補償器,必須與pH電極安裝在同一位置。當在緩沖液中進行校準時,溫度補償器也應當處于緩沖液中。按同樣的方式,在校準和工作過程中,也應當調整手動溫度補償器以反映pH電極所處的溫度。


如何校準pH計?


以下是大多數pH測量計的通用方法。某些pH測量計要求采取稍微不同的技術。請閱讀特定流程說明。

1.測量計上的溫度設定必須與所采用的緩沖液溫度相對應,或者必須采用自動溫度補償器。

2.如果采用自動溫度補償功能,請將pH測量計設為“pH”或“ATC”。

3.請在室溫pH 7.00的新鮮緩沖液中清洗電極。

4.利用“ZERO OFFSET(零位偏移)”、“STANDSARDIZED(標準化)”或“SET(設置)”旋鈕將pH示數準確調節為7.00。

5.用蒸餾水或去離子水沖洗電極。(這是單點校準的一個步驟。雙點校準請跳至步驟8。)

6.將電極放入pH 4.00 或pH 10.00 的第二份緩沖液中。

7.利用SLOPE(斜率)、CALIBRATE(校準)或GAIN(增益)控件(粗調)來調整pH示數,以顯示正確的數值。

8.利用SLOPE旋鈕(精調)調整pH示數,以讀取正確數值。

pH測量應用中的挑戰

沒有任何復雜的pH問題是相同的。以下列表說明了測量pH值時可能遇到的問題類型以及如何處理這些問題。

1.測量經常會對pH系統造成擾動,包括可重復性誤差、測量噪聲和閥門遲滯等等。

2.無論控制器處于何種模式和狀態,如果設定值處于滴定曲線的陡峭位置,內嵌pH回路都會出現震蕩。

3.當具有未密封端子的pH電極部件浸沒在液面以下時,最終會變成濕端子。

4.如果反應物控制閥未與內嵌系統的注入位置緊密連接,會引起反應物輸送出現重大延遲,而且難以發現。

5.需要使用流量計或預測器才能診斷出反應物輸送問題。

6.流量的前饋信號會與pH控制器的輸出相乘,用于直接操作反應物控制閥或者設定反應物流量控制值。

7.分析儀通向pH電極的輸送延遲會超過混合停歇時間 – 這會使得檢查電極的便利性與檢查趨勢記錄的不便性相互抵消。

8.采樣支架部件上優先采用注入電極,這樣可以減少維護困難并縮短響應時間 – 但各種注入電極之間的效果各不相同。

9.在不需要儲罐控制的場合中,使用大儲罐是個不錯的選擇;用作上游容積可減少反應物消耗,用作下游容積可減小控制誤差。如果只有一個儲罐而猶豫不決時,建議設置于下游。

10.pH測量中可以安裝一個電極或者三個電極,但切勿安裝兩個電極。



pH計 | 技術參考
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