YOKOGAWA橫河PH計(jì)

測量原理
    pH計(jì)主要用于測量液體中的氫離子濃度。準(zhǔn)確地說是測量氫離子活性，得出酸性、中性還是堿性的數(shù)值，在自來水、河水、飲料、食品、污水、醫(yī)療和化工等領(lǐng)域廣泛地使用工業(yè)用液體分析儀。

pH計(jì)原理圖

全量程是0～14pH，pH=7為中性，pH<7為酸性，pH值接近0為強(qiáng)酸性。pH>7為堿性，pH值接近14為強(qiáng)堿性。
普通pH計(jì)的原理和結(jié)構(gòu)如上圖所示，將待測液體氫離子活性作為兩根電極之間產(chǎn)生的電位差，通過變送器得到傳輸信號。
成為基準(zhǔn)的電極被稱為玻璃電極，從外觀來看與玻璃試管相似。但是前端為特殊玻璃制成的數(shù)十μmm的薄膜玻璃，內(nèi)置有內(nèi)部緩沖液和內(nèi)部電極。內(nèi)部電極與待測液體之間有玻璃薄膜，基本上是絕緣狀態(tài)。
另一端的電極稱為比較電極（或參比電極），結(jié)構(gòu)與玻璃電極類似，但前端有液接界，內(nèi)部液體與待測液體通過縫隙接觸。液接界形態(tài)多樣，包括玻璃纖維形、小孔形、陶瓷形、套管形等，根據(jù)具體的用途進(jìn)行選擇。
檢測部分的阻抗由于隔著玻璃膜，阻抗大于10MΩ，所以變送部分需要更高的阻抗，必須達(dá)到1GΩ以上，放大器與電極之間也使用絕緣性高的導(dǎo)線和端子。

測量液的氫離子活性會使玻璃電極的薄膜玻璃兩側(cè)之間產(chǎn)生電位差。玻璃電極的薄膜玻璃內(nèi)側(cè)電位經(jīng)過內(nèi)部緩沖液，通過內(nèi)電極導(dǎo)出；而接液的外側(cè)電位經(jīng)過待測液體-參比電極液接界-內(nèi)部液體，通過參比電極的內(nèi)部電極導(dǎo)出。
兩電極的內(nèi)部電極與內(nèi)部液體之間產(chǎn)生的電位，大體相互抵消，所以能測量薄膜玻璃兩側(cè)的電位。
pH值與氫離子活性aH+的關(guān)系如下所示:

 pH=-log10aH⁺
 

也就是說，pH值與離子活性常用對數(shù)的倒數(shù)成比例，p是冪（power）的首字母，意思是乘方；H是氫（Hydrogen）的首字母，意思是氫離子。
此外，氫離子活性與氫離子濃度的關(guān)系如下:

aH⁺＝γH⁺（H⁺）

γH⁺: 氫離子活性系數(shù)（activity coefficient）
H⁺: 氫離子濃度

用小于1的數(shù)值表示氫離子活性系數(shù)，濃度很低時視為1。用能斯特方程式來表示測量電位差:

 E＝（2.303RT/F）（pHi-pHs）+Eas

E: 測量電位差（V）
R: 氣體常數(shù)（8.31441JK^-1mol^-1）
T: 溫度（K）
F: 法拉第常數(shù)（96484.56 C mol^-1）
pHi: 玻璃電極內(nèi)部緩沖液的pH值（=7）
pHs: 測量液的pH值
Eas: 不對稱電位（理論值與實(shí)際值的電位偏移） （V）

誤差校正
理論上，0～7～14pH的發(fā)生電位差在25℃時為+414mV～0～-414mV左右。在能斯特方程式中，電位差大約會變化-59mV，但實(shí)際上1pH的變化大約會變化-58mV，此外對于強(qiáng)酸性與強(qiáng)堿性由于玻璃膜的材質(zhì)以及液體的種類不同，會產(chǎn)生誤差。

pH計(jì)的電位差

pH計(jì)的校正使用符合JIS標(biāo)準(zhǔn)的pH標(biāo)準(zhǔn)液。pH標(biāo)準(zhǔn)液包括草酸鹽（1.68pH）、酞酸鹽（4.01pH）、中性磷酸鹽（6.86pH）、磷酸鹽（7.41pH）、硼酸鹽（9.18pH）、碳酸鹽（10.01pH）。

水性質(zhì)的奇妙之處

 水和空氣一樣，都是和我們zui密切相關(guān)的物質(zhì)，但是水卻擁有非常奇妙的性質(zhì)。

奇妙之處1
水在0℃以下會結(jié)成固體（冰）。一般的物質(zhì)從液態(tài)變成固態(tài)時，體積都會減小，但是水卻正好相反，體積會增加。這一點(diǎn)從行駛在漂浮著冰山的大洋上的泰坦尼克號的遭遇中也可以得知。
在測量領(lǐng)域中，安裝在寒冷地帶的管道和傳感器，內(nèi)部的水在冬季會發(fā)生凍結(jié)，膨脹壓力會導(dǎo)致變送器和導(dǎo)壓管的破裂。因此，需要采取保溫以及蒸汽伴熱等防凍措施。

奇妙之處2
普通液體具有隨著溫度升高比重減小的性質(zhì)。而水卻會在從0℃升至4℃的過程中比重增加，超過4℃以后，水才會像普通液體一樣隨著溫度的升高，比重減小。
在寒冷的情況下，湖面或水池表面結(jié)冰，水底卻很難結(jié)冰的現(xiàn)象，就是因?yàn)檫@種性質(zhì)，使得對流引起的水溫下降現(xiàn)象會在4℃時停止。

奇妙之處3
水還具有將溶解于其中的物質(zhì)離子化的性質(zhì)（電解）。而油等其他液體則不易溶解物質(zhì)，也無法離子化。比如說，鹽酸HCl在水中電離為H+離子和Cl-離子后運(yùn)動非?；钴S。定量測量這種活躍程度的量是pH值。
鹽酸和硫酸腐蝕金屬正是由于這種電解作用，所以在潮濕的情況下會加劇腐蝕。
但是，這一點(diǎn)對于動物和植物來說卻是非?？少F的性質(zhì)，正是由于水的這種性質(zhì)，生物才得以在地球上生存。
 

pH值的參考實(shí)例

 糖液濃縮時，pH值控制在5～8范圍內(nèi)，白糖不會變色。
為了去除淀粉的澀味，將pH值變?yōu)閴A性。
將作為原料的淀粉的pH值控制在6～6.5范圍內(nèi)，制造葡萄糖。
在凈水場向源水中投放氫氧化鈉，將pH值控制在10左右，能提高凝固和沉淀效率。
為了去除魚餅等水產(chǎn)品中的水溶性蛋白，將pH值控制在6～6.5范圍內(nèi)。
加工干酪的pH值大于6時，不易保存。在5.5～5.7以下時會變硬。
將香腸中的pH值控制在6～6.3范圍內(nèi)保存，可以保持彈性。
pH值大于9的堿離子水有益于健康。
pH值為5.5左右的酸離子水有益于美容。
pH值為3左右的酸離子水具有殺菌效果，經(jīng)常在醫(yī)院等場所使用。
對燙發(fā)劑進(jìn)行pH值管理。
將pH值小于5.6的雨稱為酸雨。

液體的pH參考值