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pH电极类型和用途

第一个pH 电极有一个充满强电解质的玻璃灯泡或气泡,内部有一个 Ag/AgCl(银/氯化银)半电池,Ag 线作为触点。

原始 pH 电极和现代电极的工作原理并没有太大变化,但是随着技术的进步,出现了新的设计,例如组合电极、双结电极、凝胶填充电极、甘汞结、固态电极、离子选择电极和环氧树脂身体电极

当今大多数 pH 电极类型被称为组合电极。组合电极在一个外壳中包含玻璃氢离子 (H+) 敏感电极和附加参比电极。

pH 电极或组合电极如何工作?

组合或 pH 电极测量玻璃电极两侧之间的电位差。要测量电位,它必须是一个闭合电路。该电路通过电极的内部溶液和被测量的外部溶液和ph计闭合。

当电极浸入测试溶液中时,由于氢离子的正电荷,玻璃灯泡将氢离子感应为毫伏 (mV)。电解液或内部溶液从玻璃灯泡中获取 mV 信号。然后将该信号传递到内部电极。然后,Ag/AgCl 线将该信号传递到通向仪表的电极电缆。

含有电解质或填充溶液的参比电极会产生一个恒定的 mV,该电压会传输到 Ag/AgCl 线。然后,电线传递信号,这可以被认为是对电极电缆进行测量的“控制”。

该电路由来自参比电极的微量内部溶液流过由陶瓷芯制成的多孔膜而闭合。所谓的这种膜或结位于电极体上。

pH 计测量内部电极和参比电极之间的差异,单位为毫伏直流电。然后仪表读取此 mV 读数并以 pH 单位显示。

双结电极如何工作?

如上所述,组合电极通过电解液流出的连接处与被测溶液分离。在被测溶液可能呈强酸性或强碱性,或处于高压或高温的不利条件下,电解液通过连接处的正向流动可以逆转。一旦反转,被测样品会流入参比室,污染参比电极,最终破坏电极。

在可能发生电解液反向流动的应用中,使用双结。为了保护参考不受污染,电极中内置了第二个结。第二个结,或众所周知的双结电极,在被测溶液和参比电极之间有一个额外的腔室。在来自测试溶液的污染物到达参比电极之前,它必须首先扩散,不仅通过原始结,而且通过第二个结。额外的腔室用作缓冲液,减缓参比电极电解质溶液的变化。双结电极的优点是使用寿命更长,在不利条件下工作良好。

甘汞电极如何工作?

由银线和氯化银和氯化钾 (KCl) 电解质构成的通用电极适用于大多数不与银反应的水溶液。当使用含有重金属、蛋白质、tris 缓冲液、有机物和低离子溶液的溶液时,这些溶液都会与银发生反应,通用电极的寿命会缩短。

甘汞复合电极由汞和氯化汞制成并具有 KCl 电解质的参比电极构成。它与上述溶液的反应性较小,电极的使用寿命更长。

甘汞电极的缺点是它含有汞和汞化合物。它们被认为是危险材料,需要特定的处置措施。

双结电极结构技术的改进消除了对甘汞电极的需求。

离子选择性场效应晶体管 (ISFET) 如何工作?

离子选择性场效应晶体管 (ISFET) 或固态电极依赖于硅芯片,当与测试溶液接触时,该硅芯片会检测和测量其表面和底层半导体材料之间的可变电压电位。该可变电位与样品中的氢离子浓度成正比,用于确定 pH 值。

ISFET 电极经久耐用且易于维护。探头由不锈钢制成,由于没有玻璃,因此非常适合食品工业。它们几乎牢不可破。

ISFET 电极的其他优点包括:坚固的 pH 感应区域,可以用牙刷清洁;它们可以干燥储存;具有快速响应时间,可用于在 pH 值范围内测试极端水平的酸或碱。

ISFET的缺点是比传统电极贵两到三倍;它们不能提供与玻璃电极相同的稳定性和准确性;它们有一个已知的漂移问题,并且大多数只能使用适用于 ISFET 技术的 pH 计。

离子选择电极如何工作?

离子选择电极 (ISE) 通常用于实时测量溶液中的特定离子浓度。电极由一个传感器组成,该传感器将溶解在溶液中的离子的活性转换为电势。而传统的 pH 电极测量溶解的氢离子的电位;ISE可以测量许多物质的离子电位;一些常见的例子是溶解在溶液中的氨、镉、钙、溴化物、氟化物、铜和氰化物。

ISE 只能与以毫伏刻度和 pH 刻度显示读数的 pH 计一起使用。测量值转换为百万分率 (ppm)。

电极的传感部分不是玻璃灯泡,而是与离子特异性参考电极一起制成离子特异性膜。使用 ISE 离子强度调节剂时,需要离子特异性校准溶液和替代电解质溶液。

ISE 用于水处理厂、制造设施和实验室,需要对特定离子进行实时测量以获取纯化结果、质量控制和溶液分析。

常见问题

问:玻璃体电极和环氧树脂体电极有什么区别?

答:环氧树脂体电极具有抗冲击体,适合现场工作或粗暴处理。灯泡由玻璃制成,因此在处理时仍需小心谨慎。塑料体还限制电极与高温溶液和溶剂一起使用。

问:可再填充(液体填充)和凝胶填充电极有什么区别?

答:在可再填充电极中,少量电解质溶液通过连接处泄漏到测试溶液中,可以通过电极主体上的填充端口进行补充或重新填充。这有助于保持精度以及延长电极的使用寿命。

问:电极的预期寿命是多少?

答:一般来说,pH 电极可以使用一到两年。决定预期寿命的因素很多。如果为某个应用选择了错误的电极,其寿命将会缩短。当测试腐蚀性酸或碱时,工作寿命会缩短。最后,如果电极保养和存放不当,电极的使用寿命可能会缩短。


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