加载中…水质ph值的监测应用
(2023-10-28 00:40:03)
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为什么要测量 pH 值？酸和碱
氢离子定义pH值是氢离子浓度或氢离子活度的量度？为什么pH 刻度是对数的？pH 测量方法 -
pH 计与 pH 试纸pH 电极如何工作？能斯特方程pH 电极设计的重要性pH 电极体pH 玻璃膜参比电极的类型参比电解质的功能和品质液体、凝胶和聚合物电解质pH 参比接头
参比接头的类型其他参比接头选择正确的电极温度的重要性。pH 测量是几乎所有水质应用中的重要参数。在废水处理中，pH 值作为排放许可的一部分进行调节，许多处理过程都依赖于 pH 值。在环境采样和监测中，高或低的 pH 值可以指示污染。pH 值在食品工业中很重要，因为它在味道（酸性 = 新鲜，中性 = 淡淡，碱性 = 不可食用）和食品保存方面发挥着重要作用。在生物技术中，必须在免疫测定溶液的生产过程中密切监测 pH 值。这些只是 pH 值作为重要测量值的众多应用中的一小部分。
氢离子的形成
pH描述溶液的酸性或碱性程度。水溶液是酸反应还是碱反应取决于它的氢离子 (H
+ ) 含量。事实上，术语“pH”源自拉丁语，是“potentia
hydrogenii”（氢的力量）的首字母缩写词。由于水的自离解，即使是化学纯的中性水也含有氢离子 [1]。在这个过程中，水分子被分解成更简单的成分（即离子）。
[1] H 2 O⇔ H + + OH -
在该反应中，H 2 O被去质子化（即失去一个质子）。这导致形成带正电的氢离子 (H
+ ) 和带负电的氢氧根离子 (OH -
)。氢离子习惯上用来代表一个质子。氢离子不会长时间保持自由质子状态，因为它会很快被周围的非电离水分子水合。生成的离子（水合氢离子）的形成如方程式 [2] 所示：
[2] H 2 O + H +⇔ H 3 O +
水的离解和水合氢离子的形成。在平衡条件下（750 mmHg和 25 °C），1
L 纯中性水含有 10 -7 mol H
+和 10 -7 mol OH
-离子。酸碱的定义：酸是释放氢离子（即质子）的物质，因此如果溶液含有比中性水更多的氢离子，则溶液被认为是酸性的。碱是接受氢离子的物质。当碱溶解在水中时，它们会与水分解形成的一些氢离子结合。碱性溶液比中性水含有更少的氢离子。如果水溶液在 25
°C 下含有超过 10 -7
mol/L 的氢离子，则它们被认为是酸性的；如果它们含有少于 10
-7
mol/L 的氢离子，则被认为是碱性的。酸和碱相互中和，导致水和盐的形成。一个例子是氢氧化钠 (NaOH) 和盐酸 (HCl) 在下面的等式 [3] 中的反应：
[3] NaOH +
HCl ⇔ NaCl + H 2
O
酸和碱之间的反应涉及质子的转移。在上述酸碱反应中，质子从HCl（酸）提供给 NaOH（碱）以形成氯化钠（NaCl）和水。海盐形式的氯化钠。pH值是氢离子浓度或氢离子活度的测量值吗？离子带有正电荷（例如 H
+）或负电荷（例如 OH
-）。作为电荷载体，所有溶解的离子对其周围环境施加电力。虽然溶液在宏观尺度上可能是电中性的，但离子的影响在微观尺度上可能是剧烈的。离子浓度相对较高的溶液可能会产生异常低的离子浓度测定结果。因此，溶液开始表现得好像某些离子不再存在一样。这种明显的离子损失是由溶液中离子的相互作用引起的，最终导致与理想行为的显着偏差。为了将这种相互作用考虑在内，必须考虑离子活度，也称为有效离子浓度，而不是离子浓度。因此，pH 值是氢离子活性的量度。为什么 pH 刻度是对数的？pH 标度通常用于表示氢离子活性。在 pH 范围内，低于 7 的 pH 值代表酸性溶液（氢离子活性大于氢氧根离子活性），而高于 7 的值代表碱性溶液。在 pH
=
7 时，氢离子和氢氧根离子活性相等。pH 标度上的氢离子和氢氧根离子活性。1.0
pH 单位的 pH 标度变化表明氢离子活性相差一个数量级（即 10 倍）。例如，pH
4 时的氢离子活性是 pH
5 时的 10 倍。由于 pH 标度的对数性质，简单地平均 pH 值并报告它们是不正确的。相反，报告中值 pH 值或提供观察到的 pH 值范围更为合适。
[4] pH = -lg a H +
pH测量方法 -
pH 计与 pH 试纸，目测法、光度法和电位法可用于测量溶液的氢离子活度。视觉和光度法依靠特定有机颜料的颜色变化来确定 pH 值。目测法是通过目视指示器（如 pH 试纸）完成的，而光度测定则涉及通过样品照射光线并测量吸光度。视觉或光度测定 pH 值的应用是有限的。如果要测量的溶液浑浊或具有固有颜色，则测量结果将不可靠。一些测量溶液还包含化学键，这些化学键会通过氧化或还原破坏颜色指示剂并产生不正确的结果。虽然 pH 试纸很有用，但不如 pH 电极可靠。电位法通过使用 pH 敏感电极的电位作为测量信号来确定 pH，然后由 pH 计显示。电位法不存在视觉和光度法的缺点，因为电位传感器非常灵敏、有选择性，几乎可用于任何应用。pH 电极如何工作？氢、金属（例如锑）和玻璃电位电极之间存在区别，其中玻璃 pH 电极是最常用的 pH 传感器。有关氢电极和金属电极的更多详细信息，请查看 YSI
pH 手册！
玻璃pH 传感器是离子选择性电极(
ISE) 的一个示例。该系统由 ISE 与特殊离子类型（在本例中为氢离子）发生反应，以及共同浸没在待测样品中的参比电极组成。pH 电极在技术上是氢离子选择性电极 (ISE)。pH 电极和硝酸盐 ISE 之间唯一的主要区别是所使用的膜。氢 ISE 提供受溶液的氢离子活性影响的电化学势（例如信号）。然而，参比电极保持不依赖于样品成分的电化学势。这些电位之间的差异，即 pH 计上显示的电压 (mV)，根据能斯特方程确定 pH 值。能斯特方程的重要性，能斯特方程建立了测量电压与溶液离子活度之间的关系。一个 pH 单位变化的电极斜率可以用称为能斯特斜率 (S) 的能斯特方程的一部分来描述。
氢离子定义pH值是氢离子浓度或氢离子活度的量度？为什么
氢离子的形成
pH
[1] H 2 O
在该反应中，H 2 O
[2] H 2 O + H +
水的离解和水合氢离子的形成。在平衡条件下（750 mmHg
酸和碱之间的反应涉及质子的转移。在上述酸碱反应中，质子从
[4] pH = -lg a H +
pH
玻璃
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