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    PH電極基本原理
    點擊次數:1987 更新時間:2023-08-03

    無論是便攜式PH計還是在線PH在線檢測儀,關鍵的檢測傳感器為PH電極,今天我們探討一下PH電極基本原理。
    電位分析法所用的電極被稱為原電池。原電池是一個系統,它的作用是使化學反應能量轉成為電能。此電池的電壓被稱為電動勢(EMF)。此電動勢(EMF)由二個半電池構成。其中一個半電池稱作測量電極,它的電位與特定的離子活度有關;另一個半電池為參比半電池,通常稱作參比電極,它一般是與測量溶液相連。

    電極.png

    1-電極電纜線接口;2-參比電解液填充口;3-電極桿;4-電極頭;


    電極2.png

    1-參比電極的Ag/AgCl參比芯;2-電解液隔膜,參比電極的隔膜;3-玻璃膜(相當于測量電極)。

    用此種玻璃膜把pH值不同的兩溶液隔開,膜電勢的值由兩邊溶液的pH差值決定。如果固定一邊溶液的pH值,則整個膜電勢只隨另一邊溶液的pH值變化,因此,用它制成氫離子指示電極。

    電極原理3.png

    電極原理

    從pH電極感應H+活度變化的機理可得知,一個pH電極感應H+活度變化的部位是玻璃膜。玻璃膜表面有一層大約0.1mm的水合層,在酸性條件下,待測溶液中的氫離子進入到水合層,在堿性條件下,水合層中的氫離子擴散到待測溶液中,這種進入和擴散過程會形成一個膜電位,即為U1。

    pH電極測定電位過程中電位變化、玻璃膜相對于測定溶液電位U1與待測溶液的氫離子活度關系可根據Nernst方程進行推斷和計算:


    電極原理2.png

    其中U0=U2+U3+U4

    U:指示電極與參比電極間的電位;

    U0:電極標準電位,與電極結構有關;

    R:氣體常數(8.31441J•K-1•mol-1);

    Z:分析離子H+的電荷數(此時Z=1);

    F:法拉第常數(96484.56C·mol-1);

    T:絕對溫度K(T=t+273.15);


    Nernst方程中的斜率是指理論電極斜率,電極斜率對應于分析離子變化引起的十冪次方的電位變化,與電極的結構、溫度及待測離子的電荷有關。對于一價正電荷離子(z=+1),25℃時,理論電極斜率等于59.16mV。


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