PH計(jì)的原理 2010-12-9PH計(jì)也稱(chēng)為酸度計(jì),一般用來(lái)測(cè)量溶液中氫離子的活度.基本原理：離子活度是指電解質(zhì)溶液中參與電化學(xué)反應(yīng)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(dá)式為：α=γc式中：α為離子的活度；γ為離子的活度系數(shù)；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(shù)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(jù)能斯特方程,離子活度與電極電位成正比,因此可對(duì)溶液建立起電極電位與活度的關(guān)系曲線,此時(shí)測(cè)定了電位,即可確定離子活度,所以實(shí)際上我們是通過(guò)測(cè)量電位來(lái)計(jì)算H離子的濃度的.能斯特方程：公式中：E—電位E0—電極的標(biāo)準(zhǔn)電壓R—?dú)怏w常數(shù)（8.31439焦耳/摩爾和℃）T—開(kāi)氏絕對(duì)溫度（例：20℃相當(dāng)于（273.15+20）293.15開(kāi)爾文）F—法拉弟常數(shù)（96493庫(kù)化/當(dāng)量）n—被測(cè)離子的化合價(jià)（銀=1,氫=1）ln（aMe）—離子活度aMe的對(duì)數(shù)在水溶液中氫核基本不以自由態(tài)存在,實(shí)際的情況是：H2O+ H2O=H3O+ + OHˉ,自由態(tài)的H離子基本可以忽略,水溶液中H3O+（水合氫離子）的濃度基本上和H離子濃度相等,所以,上式通常簡(jiǎn)化為：H2O=H+ + OHˉ在25℃的純水中,僅有微量的水發(fā)生電離,進(jìn)過(guò)測(cè)量此時(shí)的H離子和OHˉ離子的濃度為10－7mol/l,水的離子積KW為：KW=K×H2O KW = H3O+* OHˉ=10－7*10－7=10－14mol/l(25℃)在同一溫度下,水的離子積為一常數(shù),比如在25℃是,水的離子計(jì)總為10－14mol/l,比如：如果這是H+的濃度為10－3mol/l,那么OHˉ的濃度就是10－11mol/l.當(dāng)溶液中的H+離子濃度大于 OHˉ離子濃度時(shí),我們稱(chēng)其為酸性溶液,當(dāng)H+離子濃度小于 OHˉ離子濃度時(shí)我們稱(chēng)其堿性溶液.實(shí)際使用中,離子濃度很小,為了避免使用中的不便,1909年生物學(xué)家澤倫森年建議將此不便使用的數(shù)值用對(duì)數(shù)代替,并定義為“pH值”.數(shù)學(xué)上定義pH值為氫離子濃度的常用對(duì)數(shù)負(fù)值.因此,PH值以H離子濃度以10為底的負(fù)對(duì)數(shù)值.測(cè)量原理：PH計(jì)由兩部分組成：一個(gè)電極和一個(gè)電流計(jì).該電流計(jì)能在電阻極大的電路中測(cè)量出微小的電位差.電極有2～3部分組成：1.一個(gè)參比電極； 2.一個(gè)指示電極（玻璃電極）,其電位取決于周?chē)芤旱膒H；3.溫度電極（有些儀表沒(méi)有）參比電極的基本功能是維持一個(gè)恒定的電位,作為測(cè)量各種偏離電位的對(duì)照.銀-氧化銀電極是目前pH中最常用的參比電極.玻璃電極的功能是建立一個(gè)對(duì)所測(cè)量溶液的氫離子活度發(fā)生變化作出反應(yīng)的電位差.把對(duì)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(shù)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(cè)溶液的pH變化而變化,而測(cè)量pH計(jì)中的電池產(chǎn)生的電位是困難的,因其電動(dòng)勢(shì)非常小,且電路的阻抗又非常大1－100MΩ；因此,必須把信號(hào)放大,使其足以推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)毫伏表或毫安表.上海儀器網(wǎng)溫度電極是提供當(dāng)前溶液的溫度.在不同溫度時(shí),水溶液的離子積是不同的,所以在各個(gè)不同溫度下測(cè)量的值的參考性就會(huì)受到影響,溫度電極提供了一個(gè)值,可以將當(dāng)前溫度下的PH值換算到室溫25℃下.根據(jù)能斯特方程,可以得出溫度每上升1℃,mv值變化0.1984mv,同時(shí)根據(jù)能斯特方程可以得出1個(gè)PH對(duì)應(yīng)59.157mV,所以溫度每上升1℃,PH約值變化0.003PH,例如一個(gè)0.2級(jí)的pH計(jì),在30℃的pH7.00緩沖溶中進(jìn)行校準(zhǔn),然后測(cè)試60℃的溶液（假定溶液的pH范圍在pH6～8之間與pH7.00相差一個(gè)pH單位） ,則溫度影響的最大誤差就是30 x 0.003=0.09pH.如果是3個(gè)pH單位（在pH4～10范圍內(nèi)） ,最大誤差就是0.27pH,從中可以看出溫度對(duì)pH的影響是很大的.精度高于0.1pH的pH計(jì)都有溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié),而0.2級(jí)的pH計(jì)就不帶有溫度補(bǔ)償.有些0.2級(jí)的pH計(jì)也號(hào)稱(chēng)有0.1級(jí)的精度,其實(shí)這是不可能的,有人是將分辨率0.lpH和精度0.lpH這二個(gè)概念進(jìn)行混淆. 即使以一個(gè)pH單位來(lái)說(shuō),相隔60℃的pH誤差就是0.003 x 60=0.18pH,因此,沒(méi)有溫度補(bǔ)償?shù)膒H計(jì),最高的精度也只有0.2pH.電流計(jì)的功能就是將原電池的電位放大若干倍,放大了的信號(hào)通過(guò)電表顯示出,電表指針偏轉(zhuǎn)的程度表示其推動(dòng)的信號(hào)的強(qiáng)度,為了使用上的需要,pH電流表的表盤(pán)刻有相應(yīng)的pH數(shù)值；而數(shù)字式pH計(jì)則直接以數(shù)字顯出pH值.