在線(xiàn)式酸堿度PH計的工作原理及應用

　　在線(xiàn)酸堿度pH計（Online pH meter），是指用來(lái)測定溶液酸堿度值的儀器。pH計是利用原電池的原理工作的，原電池的兩個(gè)電極間的電動(dòng)勢依據能斯特方程，既與電極的自身屬性有關(guān)，還與溶液里的氫離子濃度有關(guān)。原電池的電動(dòng)勢和氫離子濃度之間存在對應關(guān)系，氫離子濃度的負對數即為pH值。

　　一、ph的概念

　　pH是拉丁文“Pondus hydrogenii”一詞的縮寫(xiě)（Pondus=壓強、壓力，hydrogenium=氫），用來(lái)量度物質(zhì)中氫離子的活性。這一活性直接關(guān)系到水溶液的酸性、中性和堿性。

　　離子活性度，是指電解質(zhì)溶液中參與電化學(xué)反應的離子的有效濃度。離子活度（α）和濃度（c）之間存在定量的關(guān)系，其表達式為：α=γc式中：α為離子的活度；γ為離子的活度系數；c為離子的濃度。

　　γ通常小于1，在溶液無(wú)限稀時(shí)離子間相互作用趨于零，此時(shí)活度系數趨于1，活度等于溶液的實(shí)際濃度。一般在水溶液中H離子的濃度非常小，所以H離子的活度基本和其濃度相等。

　　根據能斯特方程，離子活度與電極電位成正比，因此可對溶液建立起電極電位與活度的關(guān)系曲線(xiàn)，此時(shí)測定了電位，即可確定離子活度，實(shí)際上是通過(guò)測量電位mV，來(lái)計算H離子的濃度的。

　　二、在線(xiàn)ph計的工作原理

　　pH計主要用于測量液體中的氫離子濃度。準確地說(shuō)是測量氫離子活性，得出酸性、中性還是堿性的數值，在自來(lái)水、河水、飲料、食品、污水、醫療和化工等領(lǐng)域廣泛地使用工業(yè)用液體分析儀。

　　全量程是0～14pH，pH=7為中性，pH《7為酸性，pH值接近0為強酸性。pH》7為堿性，pH值接近14為強堿性。

　　在線(xiàn)pH計將待測液體氫離子活性作為兩根電極之間產(chǎn)生的電位差，通過(guò)變送器得到傳輸信號。

　　成為基準的電極被稱(chēng)為玻璃電極，從外觀(guān)來(lái)看與玻璃試管相似。但是前端為特殊玻璃制成的數十μmm的薄膜玻璃，內置有內部緩沖液和內部電極。內部電極與待測液體之間有玻璃薄膜，基本上是絕緣狀態(tài)。

　　另一端的電極稱(chēng)為比較電極（或參比電極），結構與玻璃電極類(lèi)似，但前端有液接界，內部液體與待測液體通過(guò)縫隙接觸。液接界形態(tài)多樣，包括玻璃纖維形、小孔形、陶瓷形、套管形等，根據具體的用途進(jìn)行選擇。

　　檢測部分的阻抗由于隔著(zhù)玻璃膜，阻抗大于10MΩ，所以變送部分需要更高的阻抗，必須達到1GΩ以上，放大器與電極之間也使用絕緣性高的導線(xiàn)和端子。

　　測量液的氫離子活性，會(huì )使玻璃電極的薄膜玻璃兩側之間產(chǎn)生電位差。玻璃電極的薄膜玻璃內側電位經(jīng)過(guò)內部緩沖液，通過(guò)內電極導出；而接液的外側電位經(jīng)過(guò)待測液體-參比電極液接界-內部液體，通過(guò)參比電極的內部電極導出。

　　兩電極的內部電極與內部液體之間產(chǎn)生的電位，大體相互抵消，所以能測量薄膜玻璃兩側的電位。

　　pH值與氫離子活性aH+的關(guān)系如下所示：pH=-log10aH+

　　也就是說(shuō)，pH值與離子活性常用對數的倒數成比例，p是冪（power）的首字母，意思是乘方；H是氫（Hydrogen）的首字母，意思是氫離子。

　　此外，氫離子活性與氫離子濃度的關(guān)系如下：aH+＝γH+（H+）

　　γH+：氫離子活性系數（acTIvity coefficient）

　　H+：氫離子濃度

　　用小于1的數值表示氫離子活性系數，濃度很低時(shí)視為1。用能斯特方程式來(lái)表示測量電位差：E＝（2.303RT/F）（pHi-pHs）+Eas。

　　E：測量電位差（V）

　　R：氣體常數（8.31441JK-1mol-1）

　　T：絕對溫度（K）

　　F：法拉第常數（96484.56 C mol-1）

　　pHi：玻璃電極內部緩沖液的pH值（=7）

　　pHs：測量液的pH值

　　Eas：不對稱(chēng)電位（理論值與實(shí)際值的電位偏移）（V）

　　三、在線(xiàn)PH計的結構

　　PH計即酸度計主要由三部分組成：

　　1、參比電極

　　參比電極的基本功能是維持一個(gè)恒定的電位，作為測量各種偏離電位的對照。銀-氧化銀電極是目前pH中常用的參比電極。

　　2、玻璃電極，其電位取決于周?chē)芤旱膒H

　　玻璃電極的功能是建立一個(gè)對所測量溶液的氫離子活度發(fā)生變化作出反應的電位差。把對pH敏感的電極和參比電極放在同一溶液中，就組成一個(gè)原電池，該電池的電位是玻璃電極和參比電極電位的代數和。E電池＝E參比+E玻璃，如果溫度恒定，這個(gè)電池的電位隨待測溶液的pH變化而變化，而測量pH計中的電池產(chǎn)生的電位是困難的，因其電動(dòng)勢非常小，且電路的阻抗又非常大1－100MΩ；因此，必須把信號放大，使其足以推動(dòng)標準毫伏表或毫安表。

　　3、變送器，能在電阻極大的電路中，測量出微小的電位差

　　變送器的功能，就是將原電池的電位放大若干倍，放大了的信號通過(guò)儀表顯示出來(lái)，數字式pH計則直接以數字顯出pH值。

　　四、在線(xiàn)酸堿度PH計的應用

　　PH計被廣泛應用于環(huán)保、污水處理、科研、制藥、發(fā)酵、化工、養殖、凈水、自來(lái)水、生活用水及各種液體的酸堿度測試等領(lǐng)域。

　　PH值在7.０為中性，7.０以下為酸性，7.０以上為堿性。采用ｐＨ計能更好地控制化學(xué)反應，達到提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量以及安全生產(chǎn)的目的。帶有自動(dòng)數據記錄能夠的ｐＨ測量系統，還可對污染公害提供依據。某些間歇生產(chǎn)過(guò)程（例如某些化肥生產(chǎn)、食品加工過(guò)程）采用ｐＨ計后，可轉變?yōu)檫B續生產(chǎn)方式。

　　在現代工業(yè)中，采用PH計比其他類(lèi)型的連續分析儀表的總和還多。幾乎凡需用水的生產(chǎn)部門(mén)都需要采用PH計。其應用范圍從工業(yè)用水和廢物處理、到采礦中的浮選過(guò)程，包括紙漿和造紙、金屬加工、化工、石油、合成橡膠生產(chǎn)、發(fā)電廠(chǎng)、制藥、食品加工等廣泛領(lǐng)域，也是食品廠(chǎng)、飲用水廠(chǎng)辦QS、HACCP認證中的檢驗設備。