在線式酸堿度PH計的工作原理及應用

　　在線酸堿度pH計（Online pH meter），是指用來測定溶液酸堿度值的儀器。pH計是利用原電池的原理工作的，原電池的兩個電極間的電動勢依據能斯特方程，既與電極的自身屬性有關，還與溶液里的氫離子濃度有關。原電池的電動勢和氫離子濃度之間存在對應關系，氫離子濃度的負對數即為pH值。

　　一、ph的概念

　　pH是拉丁文“Pondus hydrogenii”一詞的縮寫（Pondus=壓強、壓力，hydrogenium=氫），用來量度物質中氫離子的活性。這一活性直接關系到水溶液的酸性、中性和堿性。

　　離子活性度，是指電解質溶液中參與電化學反應的離子的有效濃度。離子活度（α）和濃度（c）之間存在定量的關系，其表達式為：α=γc式中：α為離子的活度；γ為離子的活度系數；c為離子的濃度。

　　γ通常小于1，在溶液無限稀時離子間相互作用趨于零，此時活度系數趨于1，活度等于溶液的實際濃度。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。

　　根據能斯特方程，離子活度與電極電位成正比，因此可對溶液建立起電極電位與活度的關系曲線，此時測定了電位，即可確定離子活度，實際上是通過測量電位mV，來計算H離子的濃度的。

　　二、在線ph計的工作原理

　　pH計主要用于測量液體中的氫離子濃度。準確地說是測量氫離子活性，得出酸性、中性還是堿性的數值，在自來水、河水、飲料、食品、污水、醫療和化工等領域廣泛地使用工業用液體分析儀。

　　全量程是0～14pH，pH=7為中性，pH《7為酸性，pH值接近0為強酸性。pH》7為堿性，pH值接近14為強堿性。

　　在線pH計將待測液體氫離子活性作為兩根電極之間產生的電位差，通過變送器得到傳輸信號。

　　成為基準的電極被稱為玻璃電極，從外觀來看與玻璃試管相似。但是前端為特殊玻璃制成的數十μmm的薄膜玻璃，內置有內部緩沖液和內部電極。內部電極與待測液體之間有玻璃薄膜，基本上是絕緣狀態。

　　另一端的電極稱為比較電極（或參比電極），結構與玻璃電極類似，但前端有液接界，內部液體與待測液體通過縫隙接觸。液接界形態多樣，包括玻璃纖維形、小孔形、陶瓷形、套管形等，根據具體的用途進行選擇。

　　檢測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，必須達到1GΩ以上，放大器與電極之間也使用絕緣性高的導線和端子。

　　測量液的氫離子活性，會使玻璃電極的薄膜玻璃兩側之間產生電位差。玻璃電極的薄膜玻璃內側電位經過內部緩沖液，通過內電極導出；而接液的外側電位經過待測液體-參比電極液接界-內部液體，通過參比電極的內部電極導出。

　　兩電極的內部電極與內部液體之間產生的電位，大體相互抵消，所以能測量薄膜玻璃兩側的電位。

　　pH值與氫離子活性aH+的關系如下所示：pH=-log10aH+

　　也就是說，pH值與離子活性常用對數的倒數成比例，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系如下：aH+＝γH+（H+）

　　γH+：氫離子活性系數（acTIvity coefficient）

　　H+：氫離子濃度

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

　　E：測量電位差（V）

　　R：氣體常數（8.31441JK-1mol-1）

　　T：絕對溫度（K）

　　F：法拉第常數（96484.56 C mol-1）

　　pHi：玻璃電極內部緩沖液的pH值（=7）

　　pHs：測量液的pH值

　　Eas：不對稱電位（理論值與實際值的電位偏移）（V）

　　三、在線PH計的結構

　　PH計即酸度計主要由三部分組成：

　　1、參比電極

　　參比電極的基本功能是維持一個恒定的電位，作為測量各種偏離電位的對照。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對所測量溶液的氫離子活度發生變化作出反應的電位差。把對pH敏感的電極和參比電極放在同一溶液中，就組成一個原電池，該電池的電位是玻璃電極和參比電極電位的代數和。E電池＝E參比+E玻璃，如果溫度恒定，這個電池的電位隨待測溶液的pH變化而變化，而測量pH計中的電池產生的電位是困難的，因其電動勢非常小，且電路的阻抗又非常大1－100MΩ；因此，必須把信號放大，使其足以推動標準毫伏表或毫安表。

　　3、變送器，能在電阻極大的電路中，測量出微小的電位差

　　變送器的功能，就是將原電池的電位放大若干倍，放大了的信號通過儀表顯示出來，數字式pH計則直接以數字顯出pH值。

　　四、在線酸堿度PH計的應用

　　PH計被廣泛應用于環保、污水處理、科研、制藥、發酵、化工、養殖、凈水、自來水、生活用水及各種液體的酸堿度測試等領域。

　　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計能更好地控制化學反應，達到提高生產率和產品質量以及安全生產的目的。帶有自動數據記錄能夠的ｐＨ測量系統，還可對污染公害提供依據。某些間歇生產過程（例如某些化肥生產、食品加工過程）采用ｐＨ計后，可轉變為連續生產方式。

　　在現代工業中，采用PH計比其他類型的連續分析儀表的總和還多。幾乎凡需用水的生產部門都需要采用PH計。其應用范圍從工業用水和廢物處理、到采礦中的浮選過程，包括紙漿和造紙、金屬加工、化工、石油、合成橡膠生產、發電廠、制藥、食品加工等廣泛領域，也是食品廠、飲用水廠辦QS、HACCP認證中的檢驗設備。