pH传感器和pH值测量的基础知识

在本教程中，我们将了解pH传感器和pH值测量的一些重要基础。

什么是PH？

我们通常将pH范围和值与化学反应相关联，在特定的pH值下可以非常有效。例如，通过调整pH值来控制水腐蚀和软化。

但是什么是pH？pH是氢的潜力。pH是液体中氢离子活性的量度。要更清楚地了解pH及其测量，您需要首先了解水的分子结构。

水是在任何IS.H中不断关联和分解氢离子和氢氧化离子的存在。⁺哦^-分别。

H₂o = h⁺+哦^-

因此，在任何水溶液中，除了通常的氢和氢氧化离子外，还将有正常的H₂o和h₃o⁺。但是重要的值是氢离子的浓度。一个重要的观察结果是，在任何水溶液中，氢离子浓度和氢氧化离子浓度的产物都是恒定的。

该产品称为水的解离常数，由符号k表示_w。

数学上，k_w= [h⁺] [哦^-这是给予的，方括号表示氢离子和氢氧化离子的摩尔浓度。

k_w取决于温度。例如，25岁⁰C，水含有大约1 x 10^-7每升氢离子和1 x 10的摩尔^-7每升氢氧化离子的摩尔。因此，k的价值_w在25岁⁰C是1 x 10^-14和35⁰C，大约是1.47 x 10^-14。

酸，基础和中性

当酸或碱溶解在水中时，它们倾向于改变氢离子的浓度（H⁺）和氢氧化离子（哦^-）。当酸溶解时，它们会增加H⁺离子浓度并降低OH^-离子浓度。

这是因为，H的摩尔浓度的最终产物⁺哦^-离子必须是恒定的。当碱溶解时，它们具有相反的效果，即增加OH的浓度^-离子并降低H的浓度⁺离子。

让我们通过一个示例来理解这一点。假设将酸溶于25⁰C.它将将氢离子的浓度提高到1 x 10^-4每升痣。由于[h的乘积⁺]和[哦^-]必须等于1 x 10^-14，氢氧化离子的浓度可以计算为1 x 10^-10每升痣。

pH是表达氢离子浓度的另一种方法。从数学上讲，pH是氢离子摩尔浓度的负对数[H⁺]。

pH = -log [h⁺这是给予的

如果我们将此公式应用于上述示例，其中氢离子的浓度[H⁺]是1 x 10^-4，pH值为4。

在讨论酸和碱时，术语中性通常会出现。如果氢离子的浓度浓度[H⁺]等于氢氧化离子的浓度[OH^-]。

所以，25岁⁰c，中性溶液的pH值将为7。如果pH小于7，则该溶液本质上是酸性的，如果pH值大于7，则该溶液本质上是基本的。35处的中性溶液⁰C的pH值约为6.92。

如何测量pH？

首先测量氢离子的浓度来确定pH的值[H⁺]然后使用上述日志方程计算pH是最好的方法。通常有一个简单的设置涉及pH电极来测量溶液的pH值。

该设置由电化学电池组成。单元的一半由测量电极或指示电极组成，该电极由薄钠离子选择玻璃组成。该测量电极的电位与液体的pH值成正比。

细胞的另一半由具有潜在的参考电极组成，独立于液体的pH值。参考电极的目的是提供电连续性以测量电势。

指示电极（测量电极）

以下是测量电极的简单表示。如前所述，它由带有缓冲溶液和铅线的玻璃灯泡组成。当将该玻璃灯泡浸入水溶液中时，玻璃表面上会发出电势。

该潜力与H的浓度有关⁺在25时灵敏度为59.2 mV/pH的离子⁰C。

进入缓冲液，它是一个具有稳定的pH值和精确已知的pH值的解。缓冲液有助于校准电极，因为每个测量电极对pH的响应都不同。

参考电极

如前所述，参考电极是提供电连续性以测量电势的。当测量电极和参考电极都放在要测量的pH值的溶液中时，将在两条铅线上测量电势。

由于参考电极未直接参与溶液的pH值的测量，因此在参考电极上开发的电势必须具有以下特性。

• 它应该独立于H的浓度⁺离子。
• 它应该独立于温度。
• 它不应该随着时间而改变。

基于上述特征，有两个常用的参考电极。

• 汞氯化汞（Calomel）
• 银硅氯化物

测量pH

如前所述，测量电极的灵敏度为59.2 mV/pH，在25⁰C.为了测量pH电压，需要一个特殊的测量电路。这是因为，用于测量pH电压的探针的内部电阻非常高，通常100MΩ至1000MΩ。

如此高内部电阻的原因是因为它必须是电极电阻的10倍。

最后，使用基于FET的放大器或操纵杆电路来放大pH电压。

pH传感器和pH计

pH传感器是一种测量实验室和工业环境中水溶液的pH值的设备。pH传感器是一个完整的设置，包括测量玻璃电极，参考电极，放大器，对数字转换器，微控制器和显示器的模拟。

带有传感器和测量单元以及显示单元的整个设置有时称为pH仪表。

下图显示了典型的pH传感器或pH表的简化框图。

温度对pH传感器的影响

缓冲溶液和pH传感器的pH电极的特性严重取决于温度。理想情况下，样品液体，缓冲溶液和pH传感器的pH电极都应保持在相同的温度下。

实际上，温度差为2⁰C至5⁰C在大多数pH传感器中都是可以接受的。

pH传感器的应用

在生物学，农业，食品和营养，森林和环境研究，海洋，医学和化学等的几个领域，溶液的pH值非常重要

下面提到了pH传感器的一些常见应用：

• 啤酒和葡萄酒发酵
• 海水监测
• 泥土分析
• 标准实验室测量
• 高pH溶液
• 天然水分析
• 血液分析
• 食品稳定性和保存