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ph電極的工作原理

發(fā)布時(shí)間:2020-04-08 10:26

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ph計(jì)屬于原電池系統(tǒng),它的作用是使化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能,此電池的端電壓被稱(chēng)為電極電位;此電位由兩個(gè)半電池構(gòu)成,其中一個(gè)稱(chēng)為測(cè)量電極,另一個(gè)稱(chēng)為參比電極;此電位遵循能斯特方程。

對(duì)于ph電極。它是一支端部吹成泡狀的對(duì)于pH敏感的玻璃膜的玻璃管。管內(nèi)充填有含飽和AgCl的3mol/lkcl緩沖溶液,pH值為7。存在于玻璃膜二面的反映PH值的電位差用Ag/AgCl傳導(dǎo)系統(tǒng),如第二電極導(dǎo)出。PH復(fù)合電極如圖

此電位差遵循能斯特公式:

E=E0+R*T*1n a H30+n*F E=59.16mv/25℃ per PH

式中R和F為常數(shù),n為化合價(jià),每種離子都有其固定的值。對(duì)于氫離子來(lái)講,n=1。溫度“T”做為變量,在能斯特公式中起很大作用。隨著溫度的上升,電位值將隨之增大。對(duì)于每1℃的溫度變大,將引起電位0.2mv/perpH變化。用pH值來(lái)表示,則每1℃第1pH變0.0033pH值。這也就是說(shuō):對(duì)于20~30℃之間和7pH左右的測(cè)量來(lái)講,不需要對(duì)溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償;而對(duì)于溫度>30℃或<20℃和pH值>8pH或6pH的應(yīng)用場(chǎng)合則必須對(duì)溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。

內(nèi)參比電極的電位是恒定不變的,它與待測(cè)試液中的H+活度(pH)無(wú)關(guān),pH玻璃電極之所以能作為H+的指示電極,其主要作用體現(xiàn)在玻璃膜上。當(dāng)玻璃電極浸入被測(cè)溶液時(shí),玻璃膜處于內(nèi)部溶液(αH+,內(nèi))和待測(cè)溶液(αH+,試)之間,這時(shí)跨越玻璃膜產(chǎn)生一電位差ΔEM(這種電位差稱(chēng)為膜電位),它與氫離子活度之間的關(guān)系符合能斯特公式.

用離子選擇性電極測(cè)定有關(guān)離子,一般都是基于內(nèi)部溶液與外部溶液之間產(chǎn)生的電位差,即所謂膜電位。膜電位的產(chǎn)生是由于溶液中的離子與電極膜上的離子發(fā)生了交換作用的結(jié)果。以玻璃電極為例來(lái)說(shuō)明。其要點(diǎn)如下:

玻璃電極在使用前要在純水中浸泡,離子交換理論認(rèn)為,當(dāng)玻璃電極浸入水溶液中時(shí),玻璃表面會(huì)吸水而使玻璃溶脹,在它的表面形成溶脹的硅酸層(水化層),這種水化層的是逐漸形成的,只有當(dāng)玻璃膜浸泡24小時(shí)以上后,才能完全形成并趨于穩(wěn)定。其厚度很?。s為玻璃膜厚度的1/1000)。同樣,膜內(nèi)表面與內(nèi)參比溶液接觸,亦已形成水化層。在水化層形成的過(guò)程中,伴隨著水溶液中H+與玻璃中Na+的交換作用(Ca2+結(jié)合牢固不易交換),此交換反應(yīng)可表示如下:

  浸泡好的玻璃膜在膜與溶液的界面上存在如下離解平衡:

若內(nèi)部溶液和外部溶液的pH不同,則膜內(nèi)、外固液界面上電荷分布不同,這樣跨越膜的兩側(cè)界面就有一個(gè)電勢(shì)差,即膜電位。

當(dāng)浸泡好的玻璃膜進(jìn)入待測(cè)試液時(shí),膜外層的水化層與試液接觸,由于H+活度變化,將使上式離解平衡發(fā)生移動(dòng),此時(shí),就可能有額外的H+由溶液進(jìn)入水化層,或有水化層轉(zhuǎn)入溶液,因而膜外層的固液界面上電荷分布不同,跨越膜的兩側(cè)界面的電勢(shì)差發(fā)生改變,這個(gè)改變與試液中的[H+]有關(guān)。待測(cè)試液中[H+]濃度的不同造成膜電位的大小也不一樣,ph計(jì)通過(guò)檢測(cè)到膜電位的值來(lái)計(jì)算待測(cè)試液中[H+]的濃度,從而顯示待測(cè)溶液的PH值。

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