一种便于现场测量的PH值测试仪

　　测定溶液的pH值是高校常开的一个化学实验,在化学工业、医学工业、染料工业和其它科研工业中也常需检测溶液的pH值。以前生产的pH值测量仪器,使用前首先要对仪器进行预热,仪器与被测溶液的距离不能大于0.5米,并需用专用的电极支架及两支玻璃电极,因此常需花费较长的试验准备时间。为此,我们根据上述情况,研制了一种体积小,使用方便,且便于现场测量的pH值测试仪器。

1　pH值的测量原理

pH值的测量一般采用电位法,测量装置主要由两个玻璃电极组成,当把电极置于溶液中时,它们之间能产生不同的电势差。根据能斯脱(Nernst)公式[1],电势差与pH值之间的关系为:

式中ΔpH为不同溶液的pH值差值;ΔmV为所产生的电势差差值(mV);t为被测溶液的温度(℃)

由于使用两支玻璃电极较麻烦,我们采用两者合为一体的复合型电极(如上海电光器件厂生产的65-1型),复合电极的参比电极内部液体为氯化银饱和的3.33N氯化钾溶液。对于65-1型复合电极来说,其与参比电极建立零电位的pH值为7±1(各个玻璃电极的具体数值略有变化)。因此当被测溶液的pH值为7(大约值)时,玻璃电极的输出电压为零;而当被测溶液的pH值不为7时,玻璃电极将输出一定的电压,将该电压进行放大处理,就能测出溶液的pH值。

2　pH值测量中存在的一些问题

和其它参数的测量相比,pH值测量中存在一些较特殊的问题,如玻璃电极的内阻极高,与参比电极建立零电位的pH值具体数值未知,需用户自己进行标定等。

(1)阻抗匹配问题

玻璃电极的内阻一般均较大,如上海电光器件厂生产的65-1型复合电极的内阻为≤1000MΩ。因此,虽然玻璃电极上的输出电压不算太低,有时可达数百毫伏,但用普通的电压表是量不出的。为此,我们采用了一个输入阻抗很大(≥1012Ω)的前置放大器来首先对信号进行转换和放大。前置放大器主要由两块集成运算放大器(7650)组成,采用差动输入方式以进一步提高输入阻抗,具体电路见本文第3部分[2]。

(2)标定问题

对前置放大器输出的信号进行调零(用一反相加法器来实现)和调比例(用一比例放大器和电压跟随器来实现)即可显示出被测溶液的pH值。调零和调比例就是对玻璃电极及整个系统进行标定,一般均借助于标准缓冲溶液来进行。根据溶液pH值的不同,常用的标准缓冲溶液分pH4溶液(苯二甲酸氢钾),pH6.86溶液(混合磷酸盐)和pH9.18溶液(硼砂)三种,标定时只需用两种(仅有两个未知数)即可。为了提高标定精度,减少误差,应尽量使进行标定的两种溶液的pH值相差大一些,因此,我们用pH4和pH9.18缓冲溶液进行标定。标定时最大的困难在于正确确定与参比电极建立零电位的pH值,该值随玻璃电极的不同是有所变化的,而在玻璃电极出厂时该值又不进行标定,只知道其大概范围为7±1pH。我们确定该值的具体方法如下: