在線式酸堿度PH計(jì)的工作原理及應(yīng)用

　　在線酸堿度pH計(jì)（Online pH meter），是指用來(lái)測(cè)定溶液酸堿度值的儀器。pH計(jì)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(shì)依據(jù)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(shì)和氫離子濃度之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)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(qiáng)、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(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，實(shí)際上是通過(guò)測(cè)量電位mV，來(lái)計(jì)算H離子的濃度的。

　　二、在線ph計(jì)的工作原理

　　pH計(jì)主要用于測(cè)量液體中的氫離子濃度。準(zhǔn)確地說(shuō)是測(cè)量氫離子活性，得出酸性、中性還是堿性的數(shù)值，在自來(lái)水、河水、飲料、食品、污水、醫(yī)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(qiáng)酸性。pH》7為堿性，pH值接近14為強(qiáng)堿性。

　　在線pH計(jì)將待測(cè)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(hào)。

　　成為基準(zhǔn)的電極被稱為玻璃電極，從外觀來(lái)看與玻璃試管相似。但是前端為特殊玻璃制成的數(shù)十μmm的薄膜玻璃，內(nèi)置有內(nèi)部緩沖液和內(nèi)部電極。內(nèi)部電極與待測(cè)液體之間有玻璃薄膜，基本上是絕緣狀態(tài)。

　　另一端的電極稱為比較電極（或參比電極），結(jié)構(gòu)與玻璃電極類似，但前端有液接界，內(nèi)部液體與待測(cè)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(jù)具體的用途進(jìn)行選擇。

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

　　測(cè)量液的氫離子活性，會(huì)使玻璃電極的薄膜玻璃兩側(cè)之間產(chǎn)生電位差。玻璃電極的薄膜玻璃內(nèi)側(cè)電位經(jīng)過(guò)內(nèi)部緩沖液，通過(guò)內(nèi)電極導(dǎo)出；而接液的外側(cè)電位經(jīng)過(guò)待測(cè)液體-參比電極液接界-內(nèi)部液體，通過(guò)參比電極的內(nèi)部電極導(dǎo)出。

　　兩電極的內(nèi)部電極與內(nèi)部液體之間產(chǎn)生的電位，大體相互抵消，所以能測(cè)量薄膜玻璃兩側(cè)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(duì)數(shù)的倒數(shù)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(shù)（acTIvity coefficient）

　　H+：氫離子濃度

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

　　E：測(cè)量電位差（V）

　　R：氣體常數(shù)（8.31441JK-1mol-1）

　　T：絕對(duì)溫度（K）

　　F：法拉第常數(shù)（96484.56 C mol-1）

　　pHi：玻璃電極內(nèi)部緩沖液的pH值（=7）

　　pHs：測(cè)量液的pH值

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

　　三、在線PH計(jì)的結(jié)構(gòu)

　　PH計(jì)即酸度計(jì)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(cè)量各種偏離電位的對(duì)照。銀-氧化銀電極是目前pH中常用的參比電極。

　　2、玻璃電極，其電位取決于周圍溶液的pH

　　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。

　　3、變送器，能在電阻極大的電路中，測(cè)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(hào)通過(guò)儀表顯示出來(lái)，數(shù)字式pH計(jì)則直接以數(shù)字顯出pH值。

　　四、在線酸堿度PH計(jì)的應(yīng)用

　　PH計(jì)被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、污水處理、科研、制藥、發(fā)酵、化工、養(yǎng)殖、凈水、自來(lái)水、生活用水及各種液體的酸堿度測(cè)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(jì)能更好地控制化學(xué)反應(yīng)，達(dá)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(shù)據(jù)記錄能夠的ｐＨ測(cè)量系統(tǒng)，還可對(duì)污染公害提供依據(jù)。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(jì)后，可轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)生產(chǎn)方式。

　　在現(xiàn)代工業(yè)中，采用PH計(jì)比其他類型的連續(xù)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(jì)。其應(yīng)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、制藥、食品加工等廣泛領(lǐng)域，也是食品廠、飲用水廠辦QS、HACCP認(rèn)證中的檢驗(yàn)設(shè)備。