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电化学法:把被测物质的离子浓度转化为电信号并加以测量的分析方法。测量的参数有:电位、电流、电导和电量等。常用的分析方法有:电位法、极谱法、电导法和库仑法等。
一、 电位分析法和离子选择性电极
电位分析法:通过测定插入溶液中的指示电极和参比电极之间的电位差来测定溶液中离子活度(浓度)的方法。
1、电极电位:当电极插入溶液中,电极和溶液界面上由于化学作用而存在有一电位差,此电位差称电极电位。它满足Nerst方程:Ex = Eo ± RTlgax / nF ,
其中,Ex为电极电位,Eo为电极零电位,R为气体常数,F为法拉第常数,T为绝对温度,n为离子价数,ax 为离子活度(有效浓度)。
指示电极:电位随溶液浓度的改变而变化。
参比电极:电位不随溶液浓度的改变而变化,是一个稳定值。常见的有:甘汞电极、银-氯化银电极。
2、原电池:由指示电极、参比电极与被测溶液组成,能产生电能的电池。两个电极电位之差,为电池电动势。
3、定标法:两点定标
二、 pH玻璃电极
1、pH定义:氢离子浓度的负对数,pH=-lg[H+]
pH值越小,溶液酸性越强。相反,pH越大,溶液碱性越强。
2、pH玻璃电极的测量原理:
玻璃膜与水接触后,膜表面形成一层水化膜,这是一层硅酸凝胶层,,由于浓度扩散,溶液中的氢离子进入水化层与钠离子交换即:SiO-Na+ + H+ = SiO- H+ + Na+
由于水化层的氢离子浓度梯度,从而在水化层与溶液的界面上就产生了界面电位,界面电位高低取决于氢离子浓度大小。玻璃膜内外两个界面就有两个界面电位。如果玻璃膜的两侧的氢离子浓度不同,玻璃膜的两侧就会产生电位差,其大小与膜两侧氢离子浓度差的大小成正比。
如果玻璃膜内部溶液pH固定,则待测溶液在玻璃膜两侧产生的电位差符合Nernst方程:E = Eo –2.307 RTpH / F,在310K时,⊿E=-61.5⊿pH (mV),即每改变一个pH单位,就产生61.5 mV的电极电位。
几种玻璃电极的成分,见表
3、评价pH电极的两项性能指标:
1)、转换系数: ε=实测电位/理论电位×100% ,ε应大于93%
2)、氢功能= 实测灵敏度/理论灵敏度×100% ,氢功能应大于93%
如果上述两个指标达不到要求,该电极不能使用。
4、pH电极使用的注意事项:
1)、使用前要水化,在纯水或缓冲液中泡24小时。
2)、不要用手或其他有油脂的物品接触玻璃膜和电极引线。
3)、电极不使用时,应将电极放在有缓冲液的保护套内。
4)、电极很薄,防止碰撞和破裂。
5)、电极寿面有限,注意电极有效期。
三、 酸度计
1、结构和原理:
2、测量电路的设计要求 :
1)、高阻抗输入:玻璃电极内阻很高,为使信号不失真,要求测量电路的输入阻抗更高(大于103倍)。
2)、具有零点、斜率校正的线性放大器
3)、温度补偿:电极电位受温度影响
4)、转换开关:不同离子价数的斜率转换器
5)、反对数转换器:
将电极电位转换成与离子活度的对数成正比。 |