1 pH計工作原理

pH計的主要工作原理，主要根據(jù)電位差測定pH值，即常用一個恒定電位的參比電極和測量電極組成一個原電池，原電池電動勢的大小取決于氫離子的濃度，也取決于溶液的酸堿變測量電極一般采用特殊的 pH 反應(yīng)靈敏的玻璃電極，它具有測量精度高 抗干擾性好等特點(diǎn) 當(dāng)它浸入被測溶液時，被測溶液中氫離子與電極球泡表面水化層中的氫離子平衡，同時玻璃球內(nèi)外的溶液和電極球泡內(nèi)壁的水化層產(chǎn)生電位差，從而形成電池pH值不同，電位差不同，通過變送器將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA輸出。

2 pH計在線測量中的各種影響因素

2．1 溫度

溫度是影響pH值的主要因素，我們在測定pH值時，也同時設(shè)定溫度補(bǔ)償參數(shù)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。下面是我們用pH試紙及在線pH計同時在反應(yīng)溫度40～90℃的相同體系中測定的一組數(shù)據(jù)，如圖1。

由圖1我們可以看出，不同溫度下，pH試紙測得的pH值是一條不規(guī)則的折線，而pH計測得的pH值是一條較為平整的曲線。這可能和pH試紙的誤差有關(guān)，對整體數(shù)據(jù)來說，這個誤差相當(dāng)大。因?yàn)槿芤簻囟鹊淖兓苯佑绊憄H測量的準(zhǔn)確性，而在線pH計采用現(xiàn)有溫度補(bǔ)償方法減小了溫度的影響，基本補(bǔ)償了溶液本身的特性帶來的偏差。

2．2酸度

酸度的大小也是pH值存在誤差的主要原因之一。在實(shí)際生產(chǎn)中，我們也許發(fā)現(xiàn)pH試紙說明書規(guī)定必須要在幾秒鐘內(nèi)讀出讀數(shù)，否則無效，這就是因?yàn)闈舛仍趐H試紙上的均勻性不同而引起的，而在pH值越大的溶液氫離子摩爾比就越小，單位體積的氫離子越少，不均勻性就越大。下面是我們用pH試紙和在線pH計在不同酸度下的測定的一組數(shù)據(jù)，如圖2。

由圖2我們可以看出，溫度相同，pH值越小，pH試紙和pH計的值就越接近;pH值越大，pH試紙和pH計的值相差就越大這是因?yàn)閜H值很大時，單位體積內(nèi)氫離子濃度已經(jīng)相當(dāng)小了，它在pH試紙上就象薄板層析一樣不規(guī)則分布，結(jié)果就必定存在較大的誤差。

2．3 緩沖體系

圖1、圖2在pH值變大后，為什么試紙值和pH計值存在著很大的差別呢? 我們試用清水中逐步增加四咪唑酰化物鹽的量，得到如圖3的數(shù)據(jù)。

由圖3可以看出，pH計對緩沖體系反應(yīng)敏感，而pH試紙對這些細(xì)微變化基本沒有變化。在緩沖體系中，pH主要是氫離子的濃度動態(tài)平衡后的結(jié)果。pH計恰恰能夠處在這個體系里反應(yīng)出這一結(jié)果，pH 試紙則不然，由于各種緩沖試劑在試紙上的不同吸附速度、移動速度、以及溶劑揮發(fā)速度，致使pH試紙上反映的結(jié)果較為粗糙。

2．4 pH計電極的清洗

當(dāng)pH計檢測介質(zhì)時，污染物會附著在玻璃電極上，將會影響玻璃電極產(chǎn)生的電勢，進(jìn)而影響到pH計的示值，使靈敏度和測量精度降低，甚至失效。因此，對于pH計在實(shí)際使用中的抗污性，一直有人不斷研究。拆分反應(yīng)的反應(yīng)物是溶液及懸浮狀顆粒，這些不易附著在玻璃電極上。我們在相同系統(tǒng)下連續(xù)測試二十次，得到數(shù)據(jù)如圖4。

由圖4可知，pH計的精確度0．03，而第17次測量的pH值比第一次低了0．06，可以說到了該清洗的時候。所以我們規(guī)定生產(chǎn)清洗周期為15次測量清洗一次。

3 pH試紙對應(yīng)的pH計的pH值范圍

由于上述四種因素的影響，我們進(jìn)行生產(chǎn)時使用的pH計的pH值范圍和以前的pH試紙全然不同。我們按照工藝規(guī)程pH4．7～4．9的范圍(pH試紙)下限和上限各投三批，再用pH計同步測量，得出一組pH試紙和pH計的對照pH值，如圖5。

圖5很明顯地反映出pH試紙和pH計的數(shù)據(jù)差異，也反映出它們的相關(guān)性。按照工藝規(guī)程pH 4．7～4．9的范圍(pH試紙)下限和上限，我們得出了在線 pH 計控制范圍4．55～4．75這些數(shù)據(jù)均考慮了溫度、酸度、緩沖體系以及電極清洗的影響，所以更為真實(shí)有效。