pH值的测量

出处：按学科分类—工业技术 轻工业出版社《甜菜制糖工业手册下册》第214页（2675字）

生产过程中连续测量pH值是采用工业pH计(或称工业酸度计)，它是由发送器和测量仪表(指示仪)所组成，其工作原理是利用发送器中一对电极(即测量电极和参比电极)在不同pH值的溶液中，能产生不同的电动势，将此电势输入到测量仪表，经电子线路的一系列工作，最后在仪表上指示出pH值。

(一)玻璃电极系统

测量溶液pH值通常是采用玻璃电极作为测量电极，玻璃电极是由特殊的玻璃做成的较薄的球泡。当浸入溶液中，玻璃球表面与溶液之间就产生电位差，其关系由下式表示。

式中 E——电极的电势(伏)

E₀——标准状态下电极的电势(伏)

R——气体常数(8．316焦耳／°K)

T——绝对温度

F——法拉第常数(96．000库伦／克分子)

各常数代入后公式可写为

式中 t——温度℃

一只电极是无法测量电势的，必须采用参比电极以提供一个固定电势，通常是用甘汞电极。甘汞电极的电势在25℃时为245．8毫伏。电玻璃电极和甘汞电极组成电极系统如图9－24所示，放在溶液中成为一个具有电势的电池，就可以用来测量出电极系统的电势，从而得知pH值。玻璃电极系统的电势：

图9－24 电玻璃电极系统工作原理图

1－甘汞电极 2－氯化钾溶液 3－多孔陶瓷 4－被测溶液 5－球泡 6－玻璃电极 7－内电极

当玻璃电极内外溶液pH相同时，△pH=0则电极系统电势E=0。则此pH值为电极的电气零点或称零电位pH。根据测量仪表的要求，电极零电位pH有2和7两种，故玻璃电极型号有303－2和303－7之分，以表示电气零点的不同。在20°时，电极零电位pH分别为2和7时，电极系统的电势和pH关系可以从上式算出，并列于表9－15。

表9－15 玻璃电极系统不同pH值时的电势值(20℃)

(二)锑电极系统

锑电极是一种金属电极，锑电极和溶液接触时，所产生的电势和氢离子浓度有关。

其关系仍为

测量时以锑电极作为测量电极，甘汞电极为参比电极，组成锑电极系统。电极系统的电势值为锑电势电势和甘汞电极电势之和。

由于锑电极所用的原料锑纯度不一、电极的结构型式不同。物料流速不同以及锑表面清洗程度不一等原因，pH值和电势的关系并不是十分固定，特别是在pH值较高的范围内线性稍差。因此使用锑电极时要用缓冲溶液来校验，锑电极的优点是结构简单、坚固耐用、便于机械刷洗、与玻璃电极相比内阻较低，缺点是精确度不及玻璃电极，测量精度约为0．2pH，特别在高碱度范围内线性和复现性稍差。图9－25为锑电极清洗机构的一种，也可用减速电机直接带动(转数为30～50转／分)。

图9－25 锑电极清洗机构

1－皮带轮 2－锑电极 3－刷子 4－连设备法兰

(三)温度对pH测量的影响

玻璃电极系统的电势随温度而改变。温度改变1℃，电势约上升0．2毫伏／1pH。因此工业pH计上带有电阻温度计，对温度的变化进行补偿。不同温度下改变pH时的电势值也称为不同温度下转换系数，见表9－16。

表9－16 不同温度下的转换系数

在制糖过程中测量糖汁的pH值时，温度改变，溶液本身pH值变化的数值决定于溶液的性质和成分。例如当温度每增加10℃，渗出汁降低0．05pH，加灰汁、一碳汁约降低0．2pH，稀汁和糖浆约降低0．17pH。当物料成分改变时，此数值会稍有变化。在生产过程中测量一碳汁是在80℃下进行，此时一碳汁pH应控制在pH₈₀=pH₂₀－0．2(80－20)=11－1．2=9．8pH而不再是11的数值。因此工业pH计在生产中使用时，要求糖汁温度尽可能稳定。

(四)电极的清洗

用玻璃电极测量糖汁的最大的障碍是电极的积垢，会很快失去准确性和灵敏性，唯一的方法是加强管理定期清洗。此外应采用带有机械清洗或超声波清洗的pH发送器，可以延长电极刷洗周期，但仍需定期用酸液清洗，才能保证pH计的正常使用。

(五)常用工业pH计、玻璃电极、甘汞电极规格型号

常用工业pH计(酸度计)、玻璃电极，甘汞电极规格型号见表9－17、9－18及9－19。

表9－17 常用工业酸度计型号和规格

表9－18 工业用玻璃电极型号和规格

表9－19 工业用甘汞电极型号和规格

(六)电极系统的校验

电极系统可以用已知pH值的缓冲溶液来校验。几种缓冲溶液的组成和不同温度下的pH值见表9－20。

表9－20 几种缓冲溶液在不同温度下的pH值