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PH电极基本原理
点击次数:2068 更新时间:2023-08-03

无论是便携式PH计还是在线PH在线检测仪,关键的检测传感器为PH电极,今天我们探讨一下PH电极基本原理。
电位分析法所用的电极被称为原电池。原电池是一个系统,它的作用是使化学反应能量转成为电能。此电池的电压被称为电动势(EMF)。此电动势(EMF)由二个半电池构成。其中一个半电池称作测量电极,它的电位与特定的离子活度有关;另一个半电池为参比半电池,通常称作参比电极,它一般是与测量溶液相连。

电极.png

1-电极电缆线接口;2-参比电解液填充口;3-电极杆;4-电极头;


电极2.png

1-参比电极的Ag/AgCl参比芯;2-电解液隔膜,参比电极的隔膜;3-玻璃膜(相当于测量电极)。

用此种玻璃膜把pH值不同的两溶液隔开,膜电势的值由两边溶液的pH差值决定。如果固定一边溶液的pH值,则整个膜电势只随另一边溶液的pH值变化,因此,用它制成氢离子指示电极。

电极原理3.png

电极原理

从pH电极感应H+活度变化的机理可得知,一个pH电极感应H+活度变化的部位是玻璃膜。玻璃膜表面有一层大约0.1mm的水合层,在酸性条件下,待测溶液中的氢离子进入到水合层,在碱性条件下,水合层中的氢离子扩散到待测溶液中,这种进入和扩散过程会形成一个膜电位,即为U1

pH电极测定电位过程中电位变化、玻璃膜相对于测定溶液电位U1与待测溶液的氢离子活度关系可根据Nernst方程进行推断和计算:


电极原理2.png

其中U0=U2+U3+U4

U:指示电极与参比电极间的电位;

U0:电极标准电位,与电极结构有关;

R:气体常数(8.31441J•K-1•mol-1);

Z:分析离子H+的电荷数(此时Z=1);

F:法拉第常数(96484.56C·mol-1);

T:绝对温度K(T=t+273.15);


Nernst方程中的斜率是指理论电极斜率,电极斜率对应于分析离子变化引起的十幂次方的电位变化,与电极的结构、温度及待测离子的电荷有关。对于一价正电荷离子(z=+1),25℃时,理论电极斜率等于59.16mV。


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