分析仪表-3pH

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1、电位式分析仪表3电位式分析仪表内容提要3.1电位式分析仪的测量原理3.2测量传感器及能斯特方程的应用3.3离子计的基本调节步骤3.4离子计的电路组成3.5pH计和pNa计使用中的一些问题3.1电位式分析仪的测量原理3.1.1原电池基本原理把锌片插入ZnSO4溶液中，铜片插入CuSO4溶液中，并用素烧瓷将两溶液隔开，使两溶液不相混，但离子可以迁移。用两根导线分别与锌片、铜片相接，它们的另一端再分别接在电流计的两个接线柱上。丹尼尔电池eCuSO4ZnSO4CuZneI3.1.1原电池基本原理从电流计指针偏转的方

2、向可知电流从铜极流向锌极，同时还可以观察到锌片不断变成Zn2+进入溶液，溶液中的Cu2+不断变为铜在铜极上析出。化学反应式如下：锌极（阳极）ZnZn2++2e（氧化反应）铜极（阴极）Cu2++2eCu（还原反应）丹尼尔电池eCuSO4ZnSO4CuZneI3.1.1原电池基本原理这类装置把化学能转变成为电能，具有这种能力的装置称为原电池。上述装置是原电池的一种，叫做铜锌电池或丹尼尔电池。原电池由两个电极和接通两电极的电解质溶液组成。在外电路没有接通时，两电极间就存在一电位差，该电位差等于原电池的电动势。正是

3、这一电动势的存在，在外电路接通时，才能由电流在内外电路中流动。上面的原电池可以用符号来表示Zn

4、ZnSO4‖CuSO4

5、Cu其中，符号

6、表示固相与液相间的液接，‖表示液相与液相间的盐桥。3.1.2电极电位和能斯特方程电极电位一个原电池是由两个半电池组成的。由于两电极的电极电位不同，原电池就有电动势产生。也就是说单个电极在溶液中有各自的电位。如果把金属插入与该金属同名离子的溶液中构成了半电池，金属电极与溶液间的电位差叫做该电极的电极电位。电极电位不仅与金属的种类有关，而且与溶液中该金属的离子活度有关。3.1.

7、2电极电位和能斯特方程能斯特方程能斯特（Nernst）方程是表示原电池电动势与反应物离子活度之间定量关系的公式，是电位式分析法的理论依据。电极电位由能斯特方程表示为如果将方程中的自然对数换成常用对数表示，则3.1.2电极电位和能斯特方程式中，E——电极电位，V；E0——标准电极电位，V；n——得失的电子数（即离子的化合价）；F——法拉第常数，96485C/mol；R——气体常数，8.314J/(mol·K)；T——热力学温度，K（=273.15＋摄氏度）；氧化态——氧化态物质的活度，mol/L；还原态——还

8、原态物质的活度，mol/L3.1.3电极的种类根据电极电位的形成机理，电极大体可分五类，每个类型都包括多种电极。第一类电极，活性金属电极。由金属插入含该金属离子的溶液所构成的电极，锌电极、铜电极、氢电极、氧电极、卤素电极等属于此类电极。第二类电极，金属—难溶盐电极。由金属及该金属的一种固体难溶盐，浸在含有该难溶盐阴离子溶液中所构成的电极。甘汞电极、Ag-AgCl电极属于此类电极。3.1.3电极的种类第三类电极，金属氧化物电极。由金属与其难溶氧化物构成的电极，如锑－氧化锑电极。第四类电极，惰性金属电极。惰性金

9、属插入含有两种不同氧化态的某种元素的离子的溶液中，也称为氧化还原电极。第五类电极，膜电极。包括绝大多数离子选择性电极。3.1.4离子选择性电极离子选择性电极是膜电极。根据膜的材料，它又分成很多种类，有晶体电极、非晶体电极等等。玻璃电极是离子选择性电极其中的一种，属于非晶体电极中的刚性基质电极。玻璃电极主要由内参比电极、内参比溶液、玻璃传感膜组成。内参比电极常用Ag-AgCl电极；内参比溶液用0.1mol的HCl溶液，或含有Cl-的中性混合溶液；玻璃传感膜由特殊成分的玻璃制成，它是决定电极性能的最重要部分。3

10、.1.4离子选择性电极离子选择性电极主要性能是它的选择性。由钠硅酸盐玻璃制成的玻璃电极，主要对溶液中的H+响应敏感，可制成pH电极。在玻璃中加入铝的氧化物制成铝硅酸盐玻璃电极，则会增加对其他阳离子的响应性能，可制成pNa电极等。3.1.5参比电极由于单个电极的电位绝对值很难测量，而两电极相对的电位差很容易测量。因此测量传感器总是由指示电极和参比电极组成。大部分指示电极是离子选择性电极。而参比电极主要有以下几种：氢电极（属第一类电极）氢电极定为标准零电位电极，是性能最好的参比电极。但由于制作工艺复杂、使用条件

11、苛刻而无法应用于工业，只作为最高级的计量标准。3.1.5参比电极甘汞电极（属第二类电极）甘汞电极由汞（Hg）、甘汞（Hg2Cl2）和KCl溶液组成，电极可表示为：Hg

12、Hg2Cl2(固)

13、KCl它的电极电位取决于Cl-的活度。当KCl的浓度一定时，Cl-的活度就相对固定，电极电位也就相对稳定，因此可作为参比电位。因Cl-的活度受温度的影响，电位会随温度的变化而漂移。甘汞电极的缺点是温度80℃以上电位不稳定。3.1