纯水中PH值检测方案(PH计)

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纯水pH 值的测定及影响因素 魏征 上海三信仪表厂 纯水的 pH 测试在饮用水、食品、药品、医疗保健、工业生产等行业是非常重要的。纯水因为其极低的电导率使溶液的电阻极高，与电极的玻璃膜的高阻抗产生干扰，使测量漂移不稳定。纯水易吸收CO2，因此在测试的时候测得的 pH 值往往与理论的 pH 值有较大的偏差。而且在测试温度不在25℃左右时，选择合适的温度补偿方式对于纯水 pH值的测试也是很重要的。本文选择几款不同性能的纯水 pH电极，对影响纯水 pH 值的各种因素和实验条件进行了分析，最后得到满意的结果。 一、实验部分 1.1实验设备 MP511实验室pH计(上海三信仪表厂) LabSen801纯水电极(上海三信仪表厂) LabSen803纯水电极(上海三信仪表厂) LabSen811 超纯水电极(上海三信仪表厂) LabSen813超纯水电极(上海三信仪表厂) 表11电极性能 LabSen801纯水电极 LabSen803纯水电极 LabSen811超纯水电极 LabSen813超纯水电极 膜阻抗 <50M <50MQ <50MQ <50MQ 液络部 玻璃移动套筒，单液络部 玻璃移动套筒，单液络部 玻璃移动套筒，双液络部 玻璃移动套筒，双液络部 参比电解液 3M KCL 3M KCL 液络部13M KCL液络部 Ⅱ 1M KCL 液络部13M KCL液络部Ⅱ1M KCL 温度探头 无 有，自动温度补偿 无 有，自动温度补偿 图1纯水/超纯水电极及结构图 1.2试剂 KCL试剂(分析纯)：国药集团化学试剂有限公司浓氨水：国药集团化学试剂有限公司 二、影响纯水 pH 测试的各个因素 2.1电极性能对纯水测试的影响 2.1.1电极阻抗的影响：纯水因为其极低的电导率使溶液的电阻极高，因此在测试的时候，我们需要选择阻抗很低的电极才能保证测试的稳定性。本文中的 Labsen 系列纯水、超纯水电极阻抗均小于50MQ， 保证了测试的稳定性。而一般 pH电极的阻抗大都超过100MQ，这会造成测试过程中数据的不稳定。 2.1.22电极液络部的影响：：纯水中的离子浓度很低。所以在电极测试过程中，液络部的 KCL 浓度变化很快，容易引起液络部电位的变化和 不稳定。超纯水电极电极采用双液络部和两个参比溶液腔结构。两个参比溶液腔结构中内腔采用 3 mol/L KCL 电解液，外腔选择 1mol/L KCL的低浓度电解液，降低了玻璃膜上的浓度梯度和极化效应，使电极能更快获得稳定的液络部电位，使测量更稳定。电极的液络部1采用用滑动磨口，方便电极溶液渗透到被测溶液中，从而保证了液络部处溶液浓度的稳定。 2.1.3电极温度探头的影响：电极将温度元件置于 pH 玻璃膜下端的一个独立腔中，快速传递温度，大大增加了 pH电极的响应速度和稳定性。 图2纯水电极及普通电极测纯水 pH 所以可以看到，纯水/超纯水电极稳定性良好，同时具有温度补偿的三合一纯水电极的稳定性好于没有稳定补偿的纯水电极。 2.2 CO2对纯水 pH 测试的影响 空气中CO2含量在0.03%，纯水在测试过程中容易受到空气中 CO2 等的影响， pH 可降至5.5。 将纯水加热至沸腾去除二氧化碳，五分钟之后通氮气并停止加热，然后冷却至室温之后在保持密封的状态下测溶液的 pH变化 表2 KCL对纯水 PH测试的影响 去离子水 除了 CO2的去离子水 蒸馏水 除了 Co2的蒸馏水 813三合一纯水电极 5.78 6.56 5.67 6.47 811超纯水电极 5.77 6.62 5.71 6.50 801纯水电极 5.70 6.51 5.69 6.41 可以看到使用加热沸腾后通氮气的方法去除纯水中的 CO2之后再测pH， pH值有明显的变化。所以在纯水 pH 测试的时候尽量选择密封流动测试，以减小 CO2的影响 2.3流速对纯水 pH测试的影响 按照 DL/T1201-2013中所描述，低电导率水样 pH 的测试受水样流速变化的影响，因此，在pH 测试的时候应保持水样流速恒定。 研究表明水样压力变化影响参比电极的液接电位。因此应保持水样压力恒定，测量池排放口对空排放。 2.4氯化钾对 pH测试的影响 取不同的水样，在各种水中加入KCL， 每 100ml 中加入 100mg KCL， 测氯化钾对 pH的影响。 表3 KCL 对纯水 PH测试的影响 不加 KCL 加 KCL pH 稳定时间 pH 稳定时间 去离子水 5.65 39s 5.62 31s 屈臣氏 5.74 71s 5.67 41s 农夫山泉 7.50 86 s 7.41 61 s 饮用水 6.64 85s 6.58 66 s 可以看出在水中加入 KCL 之后可以减小电极稳定所需时间，且pH变化都在0.1pH 之内。这种只在使用纯水电极时有效，普通电极加入KCL可能会导致 pH 有较大的偏差。 三、纯水电极的温度补偿问题 在测 pH 时纯水一般指电导率小于100或者小于 50us/cm 的水，超纯水一般指电导小于 10us/cm 的纯水。纯水并不全是中性，可以根据其 pH范围分为酸性纯水，中性纯水和碱性纯水。测试纯水 pH时，可根据被测纯水的性质选择不同的温度补偿模式，以便获得准确的测试结果。 表4 温度补偿模式概念及数值 温度补偿模式 概念 数值 纯水温度补偿模式 这种温度补偿模式一般指的是中性纯水的温度补偿 中性纯水温度与 pH变化一般是 0.016pH/℃ 酸性温度补偿模式 纯水中如果含有酸，或者溶有CO2，那么它的 pH远远比纯水受到温度影响发生变化小 酸性纯水温度与 pH变化一般是 0.002pH/℃ 普通温度补偿模式 这种温度补偿指的是根据能斯特方程进行计算的温度补偿。 这种温度补偿方式温度与pH 变化一般：是0.003pH/℃ 氨水温度补偿模式 如果纯水或高纯水中含有碱，那么它的 pH值远比纯水受到温度影响发生变化大。 碱性纯水温度与pH 变化一般是 0.03pH/℃ 一般仪器都不另设置酸性温度补偿模式，对于酸性纯水可以采用普通温度补偿模式。 水样1：中性纯水，电导 20us/cm水样2：溶解 CO2的纯水，电导 2us/cm水样3：酸性纯水， 电导10us/cm水样4：：：稀氨水，电导15us/cm 表5 不同纯水采用不同温度补偿模式的影响 水样1(50us/cm) 水样2(2us/cm) 水样3 (10us/cm) 水样4(15us/cm) 纯水温补模式 普通温补模式 纯水温补模式 普通温补模式 纯水温补模式 普通温补模式 氨水温补模式 普通温补模式 15.0 6.86 6.98 5.63 5.74 4.49 4.68 9.59 9.91 20.0 6.86 6.95 5.64 5.72 4.55 4.67 9.60 9.77 25.0 6.87 6.87 5.74 5.73 4.68 4.68 9.62 9.62 30.0 6.87 6.80 5.82 5.73 4.75 4.68 9.63 9.48 35.0 6.88 6.73 5.87 5.74 4.82 4.69 9.63 9.30 最大值 6.88 6.98 5.87 5.74 4.82 4.69 9.63 9.91 最小值 6.86 6.73 5.63 5.72 4.49 4.67 9.59 9.30 最大-最小 0.02 0.25 0.24 0.02 0.33 0.02 0.04 0.61 根据《中华人民共和国电力行业标准》 DL/T 1201-2013，不同 pH下的纯水温度补偿到25℃时的温补系数差别很大。-一般来说，酸性纯水选择普通温度补偿模式，中性纯水选择纯水温度补偿模式，碱性纯水可选择氨水温度补偿模式。 四、结果与讨论 1.纯水pH值的测定由于其特殊性，需要我们选择电极球泡阻抗较低、液络部为滑动磨口的玻璃电极，且参比溶液为1mol/L 的 KCL。 2.最好选择密封装置流动测量，在减小 CO影响的同时有效减少电极的稳定时间。 3.如果在测pH 时电极稳定时间较长，可以选择在被测纯水中加入少量KCL， 能有效减少电极的稳定时间，加快电极的稳定。 4.在测纯水 pH时，如果需要用到温度补偿，则需要根据被测纯水的 pH范围选择不同的温度补偿模式，这样能获得更准确的测试结果。 纯水的pH测试在饮用水、食品、药品、医疗保健、工业生产等行业是非常重要的。纯水因为其极低的电导率使溶液的电阻极高，与电极的玻璃膜的高阻抗产生干扰，使测量漂移不稳定。纯水易吸收CO2，因此在测试的时候测得的pH值往往与理论的pH值有较大的偏差。而且在测试温度不在25℃左右时，选择合适的温度补偿方式对于纯水pH值的测试也是很重要的。本文选择几款不同性能的纯水pH电极，对影响纯水pH值的各种因素和实验条件进行了分析，最后得到满意的结果。