在強(qiáng)酸強(qiáng)堿環(huán)境下,傳統(tǒng) pH 電極面臨諸多挑戰(zhàn),如穩(wěn)定性欠佳、響應(yīng)速度緩慢等。新型敏感材料如碳納米材料,為提升 pH 電極在強(qiáng)酸強(qiáng)堿環(huán)境中的測量性能提供了可能。碳納米材料(如碳納米管和石墨烯)具有超高的電學(xué)性能,極高的電子遷移率和電導(dǎo)率,能快速傳遞電子,從而加快電極對 H?或 OH?離子響應(yīng)產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移速率,大幅縮短響應(yīng)時間。在強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液中,離子濃度變化迅速,這種快速電子傳遞能力使電極能及時反映 H?或 OH?離子濃度變化,實現(xiàn)快速測量。pH 電極溫度系數(shù)自動補(bǔ)償,補(bǔ)償速率達(dá) 2 次 / 秒,動態(tài)過程監(jiān)測更及時。楊浦區(qū)pH電極內(nèi)容
強(qiáng)堿環(huán)境下 pH 電極的情況,強(qiáng)堿環(huán)境同樣給 pH 電極帶來難題。在高 pH 值(通常大于 12)的強(qiáng)堿溶液中,會出現(xiàn) “堿誤差”,這是由于溶液中的氫氧根離子濃度過高,玻璃膜對氫氧根離子也產(chǎn)生一定響應(yīng),導(dǎo)致測量的 pH 值低于實際值。此外,強(qiáng)堿溶液對電極的參比系統(tǒng)也可能產(chǎn)生影響,如使參比電極的液接界處發(fā)生堵塞或化學(xué)反應(yīng),影響參比電極的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。針對強(qiáng)堿環(huán)境,需要使用耐堿性能好的 pH 電極。這類電極通常采用特殊配方的玻璃膜,降低對氫氧根離子的響應(yīng),同時優(yōu)化參比系統(tǒng)的設(shè)計,提高其在強(qiáng)堿環(huán)境下的穩(wěn)定性。浙江pH電極安裝pH 電極使用后若發(fā)現(xiàn)讀數(shù)緩慢,需檢查液接界是否被顆粒堵塞。
在造紙工業(yè)(紙漿蒸煮過程中堿液 pH 值控制)、印染行業(yè)(織物堿洗工序中 pH 值監(jiān)測)以及廢水處理(堿性廢水處理過程的 pH 值調(diào)節(jié))等領(lǐng)域,都需要準(zhǔn)確測量強(qiáng)堿溶液的 pH 值,以保證生產(chǎn)工藝的順利進(jìn)行和廢水達(dá)標(biāo)排放。針對強(qiáng)堿環(huán)境,需要使用耐堿性能好的 pH 電極。這類電極通常采用特殊配方的玻璃膜,降低對氫氧根離子的響應(yīng),同時優(yōu)化參比系統(tǒng)的設(shè)計,提高其在強(qiáng)堿環(huán)境下的穩(wěn)定性。例如,一些電極采用凝膠狀的參比電解質(zhì),減少液接界堵塞的風(fēng)險;還有些電極使用聚合物膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)玻璃膜,增強(qiáng)對強(qiáng)堿的耐受性。
能斯特方程在pH電極測量中的應(yīng)用:能斯特方程是描述電極電位與溶液中離子濃度之間關(guān)系的重要方程,對于 pH 電極也同樣適用。其表達(dá)式為:E=E0+nF2.303RTlogaH+,其中E為電極電位,E0為標(biāo)準(zhǔn)電極電位,R為氣體常數(shù),T為定量溫度,n為反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù),F(xiàn)為法拉第常數(shù),aH+為溶液中 H?的活度。在實際應(yīng)用中,由于活度系數(shù)的影響,通常使用 pH 值來表示溶液的酸堿度,pH = -log aH+。因此,能斯特方程可以改寫為:E=E0+nF2.303RT(?pH)。這表明,pH 電極的電位與溶液的 pH 值呈線性關(guān)系,通過測量電極電位,就可以計算出溶液的 pH 值。需要注意的是,在實際測量中,為了準(zhǔn)確測量 pH 值,需要對電極進(jìn)行校準(zhǔn),以確定E0的值,并考慮溫度等因素對測量結(jié)果的影響。pH 電極長期存放需遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場,磁性環(huán)境會干擾參比電極穩(wěn)定性。
制備工藝參數(shù)對銀 / 氯化銀(Ag/AgCl)pH電極電位穩(wěn)定性和使用壽命的影響:1、電流密度與時間:在采用電化學(xué)方法制備 Ag/AgCl 電極時,電流密度和通電時間直接影響 AgCl 膜層的生長。較高的電流密度可能使 AgCl 膜層生長過快,導(dǎo)致膜層結(jié)構(gòu)疏松、不均勻,降低電位穩(wěn)定性。適當(dāng)降低電流密度并控制合適的通電時間,可使 AgCl 膜層均勻、致密地生長在銀電極表面,提高電位穩(wěn)定性。例如,在恒電流氧化制備 Ag/AgCl 電極過程中,根據(jù)法拉第定律精確控制電量(即電流與時間的乘積),可得到指定覆蓋度的 AgCl 膜層,從而優(yōu)化電極性能,延長使用壽命。2、溫度:制備過程中的溫度對電極性能也有影響。溫度升高,離子的擴(kuò)散速度加快,可能使 AgCl 膜層的生長速度加快,但也可能導(dǎo)致膜層結(jié)晶粗大,結(jié)構(gòu)疏松。而較低的溫度可能使反應(yīng)速度過慢,生產(chǎn)效率降低。合適的溫度能使 AgCl 膜層生長均勻,提高膜層與銀基底的結(jié)合力,進(jìn)而提高電位穩(wěn)定性和使用壽命。例如,在某些制備工藝中,將溫度控制在一定范圍內(nèi),可獲得性能優(yōu)良的 Ag/AgCl 電極。pH 電極支持手動 / 自動校準(zhǔn)模式,適配實驗室精密標(biāo)定與工業(yè)在線監(jiān)測。校驗pH電極執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
食品pH 電極需耐受巴氏消毒溫度(80-90℃)。楊浦區(qū)pH電極內(nèi)容
pH電極測量的基本原理:1906 年,Max Cremer 發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩種不同 pH 值的液體在薄玻璃膜兩側(cè)接觸時,會產(chǎn)生電勢差。這一發(fā)現(xiàn)為后來 Fritz Haber 和 Zygmunt Klemensiewicz 在 1909 年制造出首個測量氫離子活性的玻璃電極奠定了基礎(chǔ)?,F(xiàn)代 pH 電極依然遵循這一基本原理,廣泛應(yīng)用于水處理、化學(xué)加工、醫(yī)療儀器和環(huán)境測試系統(tǒng)等領(lǐng)域。pH電極玻璃膜電位的形成:pH 玻璃電極對溶液中 H?的選擇性響應(yīng),關(guān)鍵在于其敏感膜中膜電位的形成。這一過程涉及模型思維與函數(shù)思維的聯(lián)合運(yùn)用。具體而言,玻璃膜由特殊的玻璃材料制成,其表面含有可與溶液中 H?發(fā)生離子交換的點(diǎn)位。當(dāng)玻璃膜與溶液接觸時,溶液中的 H?會與玻璃膜表面的離子交換點(diǎn)位進(jìn)行交換,從而在膜表面形成一層水化層。在水化層與溶液本體之間,由于 H?濃度的差異,會形成一個擴(kuò)散電位。同時,在玻璃膜內(nèi)部,由于離子的遷移和擴(kuò)散,也會產(chǎn)生一定的電位差。綜合這些因素,形成了玻璃膜電位。這一電位與溶液中的 H?濃度(即 pH 值)存在特定的函數(shù)關(guān)系,通過能斯特方程可以對其進(jìn)行定量描述。楊浦區(qū)pH電極內(nèi)容