分析仪表-pH.pptVIP

电位式分析仪表 3 电位式分析仪表 内容提要 3.1 电位式分析仪的测量原理 3.2 测量传感器及能斯特方程的应用 3.3 离子计的基本调节步骤 3.4 离子计的电路组成 3.5 pH计和pNa计使用中的一些问题 3.1 电位式分析仪的测量原理 3.1.1 原电池基本原理 把锌片插入ZnSO4溶液中，铜片插入 CuSO4 溶液中，并用素烧瓷将两溶液隔开，使两溶液不相混，但离子可以迁移。用两根导线分别与锌片、铜片相接，它们的另一端再分别接在电流计的两个接线柱上。 3.1.1 原电池基本原理 从电流计指针偏转的方向可知电流从铜极流向锌极，同时还可以观察到锌片不断变成Zn2+进入溶液，溶液中的Cu2+不断变为铜在铜极上析出。化学反应式如下： 锌极（阳极） Zn Zn2+ + 2e （氧化反应） 铜极（阴极） Cu2+ +2e Cu （还原反应） 3.1.1 原电池基本原理 这类装置把化学能转变成为电能，具有这种能力的装置称为原电池。上述装置是原电池的一种，叫做铜锌电池或丹尼尔电池。原电池由两个电极和接通两电极的电解质溶液组成。在外电路没有接通时，两电极间就存在一电位差，该电位差等于原电池的电动势。正是这一电动势的存在，在外电路接通时，才能由电流在内外电路中流动。上面的原电池可以用符号来表示 Zn|ZnSO4‖CuSO4|Cu 其中，符号 | 表示固相与液相间的液接，‖表示液相与液相间的盐桥。 3.1.2 电极电位和能斯特方程 电极电位 一个原电池是由两个半电池组成的。由于两电极的电极电位不同，原电池就有电动势产生。也就是说单个电极在溶液中有各自的电位。如果把金属插入与该金属同名离子的溶液中构成了半电池，金属电极与溶液间的电位差叫做该电极的电极电位。电极电位不仅与金属的种类有关，而且与溶液中该金属的离子活度有关。 3.1.2 电极电位和能斯特方程 能斯特方程 能斯特（Nernst）方程是表示原电池电动势与反应物离子活度之间定量关系的公式，是电位式分析法的理论依据。电极电位由能斯特方程表示为 3.1.2 电极电位和能斯特方程 式中，E——电极电位，V； E0——标准电极电位，V； n——得失的电子数（即离子的化合价）； F——法拉第常数，96485 C/mol； R——气体常数，8.314 J/(mol·K)； T——热力学温度，K（=273.15＋摄氏度）； 氧化态——氧化态物质的活度，mol/L； 还原态——还原态物质的活度，mol/L 3.1.3 电极的种类 根据电极电位的形成机理，电极大体可分五类，每个类型都包括多种电极。 第一类电极，活性金属电极。由金属插入含该金属离子的溶液所构成的电极，锌电极、铜电极、氢电极、氧电极、卤素电极等属于此类电极。 第二类电极，金属—难溶盐电极。由金属及该金属的一种固体难溶盐，浸在含有该难溶盐阴离子溶液中所构成的电极。甘汞电极、Ag-AgCl电极属于此类电极。 3.1.3 电极的种类 第三类电极，金属氧化物电极。由金属与其难溶氧化物构成的电极，如锑－氧化锑电极。 第四类电极，惰性金属电极。惰性金属插入含有两种不同氧化态的某种元素的离子的溶液中，也称为氧化还原电极。 第五类电极，膜电极。包括绝大多数离子选择性电极 。 3.1.4 离子选择性电极 离子选择性电极是膜电极。根据膜的材料，它又分成很多种类，有晶体电极、非晶体电极等等。玻璃电极是离子选择性电极其中的一种，属于非晶体电极中的刚性基质电极。 玻璃电极主要由内参比电极、内参比溶液、玻璃传感膜组成。内参比电极常用Ag-AgCl电极；内参比溶液用0.1mol的HCl溶液，或含有Cl-的中性混合溶液；玻璃传感膜由特殊成分的玻璃制成，它是决定电极性能的最重要部分。 3.1.4 离子选择性电极 离子选择性电极主要性能是它的选择性。 由钠硅酸盐玻璃制成的玻璃电极，主要对溶液中的H+响应敏感，可制成pH电极。 在玻璃中加入铝的氧化物制成铝硅酸盐玻璃电极，则会增加对其他阳离子的响应性能，可制成pNa电极等。 3.1.5 参比电极 由于单个电极的电位绝对值很难测量，而两电极相对的电位差很容易测量。因此测量传感器总是由指示电极和参比电极组成。大部分指示电极是离子选择性电极。而参比电极主要有以下几种： 氢电极（属第一类电极） 氢