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pH计

pH测量简介

pH计是一种用于测量溶液酸碱度(又称为pH值)的仪器。pH是描述酸碱度的度量单位。其测量范围是0到14。

pH值以氢离子活度表示酸或碱的活度大小,从而提供所需定量信息。物质的pH值与氢离子[H+]和氢氧离子[OH-]的浓度比例有直接关系。如果H+浓度大于OH-,材料则呈酸性,即pH值小于7。如果OH-浓度大于H+,材料则呈碱性,即pH值大于7。如果存在等量的H+和OH-离子,材料则呈中性,即pH值为7。酸和碱分别含有自由的氢离子和氢氧离子。在给定条件下,溶液中的氢离子和氢氧离子的浓度关系保持恒定,知道其中一个的浓度即可推算出另一个浓度。

多台pH设备的测试阵列

了解更多有关pH计信息

pH值的测量

pH试纸或指示剂会随着pH值的变化而改变颜色,可用于粗略地指示pH值。这些指示剂在准确度上存在一定限制,难以通过颜色或模糊的样本正确指示pH值。

“pH”一词代表什么意思?

术语pH中的“p”来源于表示负对数的数学符号“p”,而“H”来源于氢元素的化学符号。
更准确的测量需要采用pH计来完成。pH测量系统由三部分组成:pH测量电极,参比电极和高输入阻抗计。pH电极可当做一个电池,其电压会随着被测溶液的pH值变化而变化。pH值测量电极是一个对氢离子敏感的玻璃球,其毫伏级的输出会随着玻璃球内外的相对氢离子浓度变化而发生改变。而参考电极的输出并不会因为氢离子活度的变化而改变。pH电极具有非常高的内阻,因此难以测量pH值所导致的电压变化。所以,pH计的输入阻抗和漏泄电阻是非常重要的因素。pH计本质上是一个高阻抗放大器,能够准确测量微小的电极电压,并直接在模拟或数字显示器上显示pH值测量结果。在某些情况下,可以读取特殊应用或者利用离子选择或氧化还原电位(ORP)电极的电压。

pH电极

在过去50到60年间,pH电极技术并未发生太大的改变。随着过去30到40年的技术进步,pH电极制造仍然不失为一门艺术。电极的特制玻璃主体构造是由玻璃吹制机吹制而成。这并非特别先进的“高科技”过程,而是电极制造中非常关键且重要的一步。事实上,玻璃厚度决定了其电阻,进而影响其输出。

玻璃电极误差,pH单位

温度补偿

由于pH电极和pH测量均对温度敏感,因此仪器设有温度补偿功能。温度可通过手动或自动方式进行补偿。手动补偿功能需要单独测量温度值,可采用近似温度值来设置pH计的手动补偿温度。在自动补偿(ATC)设置中,单独温度探头中的信号会传输至pH计,因此能准确地确定样本在该温度下的pH值。

缓冲溶液

缓冲溶液是指具有恒定pH值且能够避免pH值大幅度变化的溶液。缓冲溶液通常用于校准pH测量系统(电极和测量计)。两个电极的输出之间可能存在微小差异,而且电极输出随着时间推移也会产生变化。因此,必须定期校准pH测量系统。缓冲溶液适用于各种pH值,它们既可以是预混合的液体,也可以是方便使用的干粉胶囊。大多数pH计需要针对数个pH值进行校准。第一个校准数值通常是在等电位点(电极在 pH 7,25℃条件下所产生的信号为0 mV)附近,第二个校准数值通常是 pH 4 或 pH 10。最好选择尽可能接近被测样本实际pH值的缓冲溶液。



选择合适的pH计

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无线pH计无线pH计
蓝牙无线变送器与智能手机或平板电脑连接,记录并监测pH测量结果。这些变送器可以测量不同的传感器输入,包括但不限于pH、RTD、相对湿度。借助蓝牙无线技术,将数据传输到已安装应用程序的智能手机或平板电脑上。该应用程序允许使用智能手机进行配对并对多个变送器进行设置。
便携式pH计便携式pH计
此类pH计功能完善,便于携带,适于实验室或现场使用。其可用功能包括RS232输出、数据保持、°C或°F选择、自动关闭、过载指示以及自动或手动温度补偿,等等。
台式pH计台式pH计
台式pH计通常是实验室、工业和制造应用的理想之选。各型号具有mV、离子和温度测量功能,种类多种多样,涵盖经济型到满足低公差测量需求的高端型。
pH电极pH电极
pH电极具有各种类型,适用于实验室与工业应用。无论何种类型,这些电极均由玻璃制成,因此非常容易破碎。电极设计大部分用于测量水性介质。它们并非设计用于CCl4之类的溶剂,因为这些溶剂里面不含氢离子。

常见问题

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温度对pH的影响

温度高于25°C:温度补偿可降低高pH值并提高低pH值,使pH值接近中性。温度低于25°C:温度补偿可提高高pH值(碱性更强)并降低低pH值(酸性更强),使pH值远离中性。是否需要采取温度补偿,取决于所需的pH准确度。比如,如果准确度要求为±0.1 pH,那么当pH为6且温度为45℃(113℉)时,误差为0.06,仍满足准确度要求。另一方面,在pH为10且温度为55℃(131℉)时的误差为0.27 pH,如果要求±0.1 pH的准确度,则须进行补偿。

可通过一种或者两种方式进行补偿。如果温度出现波动,则应采用自动补偿器。如果温度变化范围仅有数摄氏度,则应采用手动补偿器。如果无须采用补偿器,可在温度补偿器端子上安装一个固定电阻。上述任何一种装置——自动补偿、温度补偿或者固定电阻——均是pH计电路的一项功能。同样,须从测量计制造商处获取信息和零部件。如果采用自动补偿器,必须与pH电极安装在同一位置。当在缓冲液中进行校准时,温度补偿器也应当处于缓冲液中。按同样的方式,在校准和工作过程中,也应当调整手动温度补偿器以反映pH电极所处的温度。


如何校准pH计?


以下是大多数pH测量计的通用方法。某些pH测量计要求采取稍微不同的技术。请阅读特定流程说明。

1.测量计上的温度设定必须与所采用的缓冲液温度相对应,或者必须采用自动温度补偿器。

2.如果采用自动温度补偿功能,请将pH测量计设为“pH”或“ATC”。

3.请在室温pH 7.00的新鲜缓冲液中清洗电极。

4.利用“ZERO OFFSET(零位偏移)”、“STANDSARDIZED(标准化)”或“SET(设置)”旋钮将pH示数准确调节为7.00。

5.用蒸馏水或去离子水冲洗电极。(这是单点校准的一个步骤。双点校准请跳至步骤8。)

6.将电极放入pH 4.00 或pH 10.00 的第二份缓冲液中。

7.利用SLOPE(斜率)、CALIBRATE(校准)或GAIN(增益)控件(粗调)来调整pH示数,以显示正确的数值。

8.利用SLOPE旋钮(精调)调整pH示数,以读取正确数值。

pH测量应用中的挑战

没有任何复杂的pH问题是相同的。以下列表说明了测量pH值时可能遇到的问题类型以及如何处理这些问题。

1.测量经常会对pH系统造成扰动,包括可重复性误差、测量噪声和阀门迟滞等等。

2.无论控制器处于何种模式和状态,如果设定值处于滴定曲线的陡峭位置,内嵌pH回路都会出现震荡。

3.当具有未密封端子的pH电极部件浸没在液面以下时,最终会变成湿端子。

4.如果反应物控制阀未与内嵌系统的注入位置紧密连接,会引起反应物输送出现重大延迟,而且难以发现。

5.需要使用流量计或预测器才能诊断出反应物输送问题。

6.流量的前馈信号会与pH控制器的输出相乘,用于直接操作反应物控制阀或者设定反应物流量控制值。

7.分析仪通向pH电极的输送延迟会超过混合停歇时间 – 这会使得检查电极的便利性与检查趋势记录的不便性相互抵消。

8.采样支架部件上优先采用注入电极,这样可以减少维护困难并缩短响应时间 – 但各种注入电极之间的效果各不相同。

9.在不需要储罐控制的场合中,使用大储罐是个不错的选择;用作上游容积可减少反应物消耗,用作下游容积可减小控制误差。如果只有一个储罐而犹豫不决时,建议设置于下游。

10.pH测量中可以安装一个电极或者三个电极,但切勿安装两个电极。



pH计 | 技术参考
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