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工業(yè)pH計電極使用中常遇見問題分析與解決
日期：2024-10-08 17:41
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摘要：
在化工生產(chǎn)中，大多數(shù)反應在液相中進行，其中間產(chǎn)物和*終產(chǎn)品的酸堿度往往是影響生產(chǎn)過程質(zhì)量的重要因素。因此，介質(zhì)酸堿度的在線監(jiān)控對穩(wěn)定工藝過程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低原料消耗、減少設備腐蝕等起著重要作用。工業(yè)酸度計作為連續(xù)檢測溶液酸堿度的儀器，其發(fā)信部分——電極（工作電極與參比電極）的應用是儀器能否獲得正確參數(shù)的關鍵。以下針對南京東方化工有限公司在線檢測pH計電極使用中的常見問題和處理方法進行分析。
1、電極測量的電化學原理
pH玻璃電極（工作電極）、參比電極（以甘汞電極為例）和被測介質(zhì)構成一個化學原電池，其電勢表達式為：
Ag/AgCl，緩沖溶液（pH0）｜ 玻璃膜
E1 E2
‖ 被測介質(zhì)（pHx）‖KCl，Hg/Hg2Cl2
E3 E4
式中：E1——玻璃電極內(nèi)電極電位；
E2——玻璃膜內(nèi)邊界電位；
E3——玻璃膜外邊界電位；
E4——參比電極電位。
原電池電動勢：
E=（E1-E4）+（E2-E3）
pH玻璃電極敏感膜表面結構為：
l
—Si — Ｏ-— Na+
l
浸在水溶液中一段時間后，Na+將與溶液中的H+發(fā)生離子交換，形成一層很薄（約10-4mm）的硅酸水化層（H+Gl-）。膜電位（E2-E3）由緩沖溶液和介質(zhì)溶液以及水化層中的H+活度決定，其關系符合能斯特方程式：
E M=K ＋ X P H
由此，原電池電動勢可表示為:
E＝E O＋ ×p H
可見，單位pH值的改變會引起原電池電動勢的改變,這一轉換關系稱為特性互異。
2、影響電極使用的原因分析
2.1溫度因素
2.1.1溫度對玻璃電極的影響
1.由原電池電動勢表達式可以看出，電極電位與溶液溫度成正比。在電極標定使用溫度范圍內(nèi)，一般可以通過溫度電極（pt100或pt1000）在轉換器反饋電路中加以補償。
2.玻璃電極有很高的內(nèi)阻（工業(yè)用玻璃電極電阻一般小于500MΩ），其大小不僅與玻璃膜的成分和厚度有關，同時與溫度有關（成指數(shù)關系，溫度每降低10℃，阻值約增大1倍）。
3.高溫下會促使敏感玻璃膜表面水化層中的可溶部分溶解，影響電極電位，導致電極老化。其老化周期取決于介質(zhì)成分及溫度，相同介質(zhì)中，假設25℃下活性周期為100%，80℃下則為20%，而120℃下僅有5%。
2.1.2溫度對參比電極的影響
1.在環(huán)境溫度較高的情況下，流式可充式參比電極內(nèi)部（充滿飽和KCl溶液）常會有KCl結晶析出，造成參比電極液接電位不穩(wěn)定；同時，結晶可能堵塞電極底部陶瓷塞，致使電解液不能滲出到測量溶液中而阻斷電通路。
2.甘汞電極易受溫度變化影響，應避免應用于高溫或溫度波動較大的介質(zhì)，而銀-氯化銀電極工作溫度可以高得多，具有較高的穩(wěn)定性。
2.2流式參比電極微滲壓的影響
參比電極底部的陶瓷塞在電通路上產(chǎn)生一個中間阻抗，當此阻抗大于0.1MΩ時，會導致參比電極電位不穩(wěn)定或漂移。非常污濁的介質(zhì)污染電極表面，會阻塞陶瓷塞。
對于流式參比電極，電通道的形成依靠電極內(nèi)電解液的微滲壓，使電解液滲入測量溶液。當介質(zhì)壓力或濃度較高以及補液通道不暢，或有氣泡存在等情況時，都可能阻礙電解液的外滲，增大電通路中間阻抗，如果介質(zhì)反滲入電極，則污染鹽橋，甚至可能與電解液或內(nèi)電極發(fā)生化學反應（例如：AgCl+硫化物→Ag2S）而使電極中毒。
2.3溶液酸堿度對電極的影響
玻璃電極在pH2～pH9以外不具備良好的線性關系，在強酸性溶液中易形成大量水合氫離子H3+O，使到達電極表面的H+數(shù)目相對減少，pH值增大。在強堿介質(zhì)中的Na+也會參加溶液中的H+與電極水化層上的H+的交換過程，導致玻璃電極電位升高，pH值偏低。
另外，在強氧化性介質(zhì)中，敏感玻璃膜中堿性物質(zhì)（主要為一價陽離子）損失，使水化層受到破壞，會引起電極中毒?？蛇x用抗酸性電極，其制造過程中采用的特殊工藝措施（特別的添加離子配方），增強了玻璃膜抗酸中毒能力，同時其電極零電位對應pH0=2，從而使酸性范圍內(nèi)的線性得到校正。
2.4敏感玻璃膜的活性
當玻璃電極內(nèi)溶液pH值與外溶液pH值相等時，玻璃膜兩邊電位差應為零，但實際上存在一不對稱電位Ea，其大小與玻璃的組成、厚度及制作條件有關。將玻璃電極在蒸餾水或酸性溶液（0.1N稀鹽酸）中浸泡24h后，玻璃膜表面會形成一層水化層，從而使Ea大大降低，此時電極處于活性狀態(tài)。相對應的，稱Ea較大時為電極老化。為了使測量準確，玻璃電極使用前應活化，使用中也必須定期活化。
2.5信號電纜對地阻抗
由于電極產(chǎn)生的電動勢E范圍很?。總€pH對應60mV），要想保證測量精度，就必須使測量系統(tǒng)內(nèi)阻遠遠大于原電池內(nèi)阻。玻璃電極內(nèi)阻在
20℃時高達100MΩ，轉換器輸入阻抗可達1012Ω，連接電極與測量系統(tǒng)的同軸電纜也是高阻抗的（大于107Ω）。若電纜連接插頭上被污染或進水、電纜被腐蝕或破損導致阻抗降低，將使信號在傳遞過程中被短路，從而不能正確測量。
2.6環(huán)境磁場干擾
由于玻璃電極的電阻特別大，微小的電磁感應都會造成一個電壓降而附加到E上，造成測量誤差。
3、常見故障的處理方法
3.1玻璃電極老化
現(xiàn)象：響應滯后；靈敏度下降；零漂。
處理：1.定期進行電極校正。
2.電極活化：老化的電極可浸泡在1M醋酸和1M氯化鉀的混合溶液（1:1）中，活化10min后取出清洗干凈。老化情況不嚴重的電極，可浸泡在蒸餾水或0.1N稀鹽酸溶液中活化24h。
3.2玻璃電極污染
現(xiàn)象：靈敏度下降；測量偏差。
處理：1.電極上堿性沉淀物可在稀鹽酸溶液中清洗去，然后用蒸餾水清洗干凈電極。
2.附著在電極上的油脂可用熱水及家用洗滌劑清洗，或用紗布擦洗。
3.膠質(zhì)污物可用強鹽酸溶液清洗，洗后注意用蒸餾水將電極清洗干凈。
4.當用酸、堿性溶劑或有機溶劑進行清洗后，應將電極在蒸餾水中浸泡一段時間，以便使被破壞的水化層恢復。
3.3參比電極污染（陶瓷塞堵塞）
現(xiàn)象：測量值偏高；指示不穩(wěn)定。
處理：可用熱水和家用洗滌劑清洗；油性或堿性污物可用有機溶劑（如酒精）或稀鹽酸溶液清洗；若污染較重，可用軟毛刷刷洗或用濾紙條擦拭。對于非流式電極，可將電極置于80℃電解液中，直至電解液變涼。
3.4參比電極中毒
現(xiàn)象：錯誤指示；指示不穩(wěn)定；無法校正。
處理：若僅是參比電極內(nèi)電解液污染，則更換電解液；非流式電極或內(nèi)電極中毒，則需更換電極。
3.5信號電纜對地阻抗降低（＜107Ω）
現(xiàn)象：指示不穩(wěn)定、跳變；顯示超范圍，無法測量。
處理：更換電纜，用電吹風烘干電纜插頭或接線盒。
4、電極實際應用中的經(jīng)驗
4.1迅速判斷電極是否良好
1.玻璃電極：與一支已知良好的參比電極配套與轉換器連接，以兩種標準緩沖液測試，分別讀出mV和pH，檢驗是否為60mV/pH。
2.參比電極：與另一支已知良好的參比電極配套與轉換器連接，待測電極接工作電極端子（注意兩電極必須為同類參比系統(tǒng)），將兩電極同時浸入一種緩沖溶液，通過“調(diào)零”操作，轉換器上應能讀出穩(wěn)定的0mV（pH7）。
4.2電極保護
1.定期校正：電極在使用過程中應定期校正，以確保測量值的準確，同時通過狀態(tài)檢查可及時發(fā)現(xiàn)故障，校正周期視應用情況而定。玻璃電極不完全是能斯特響應，用于校正的標準溶液pHS應盡量靠近測量介質(zhì)pHX。
2.定期活化：電極使用一段時期后，應主動拆下進行活化，同時更換另一套電極使用，如此輪換使用可延長壽命，更換周期應低于老化周期1～2個月。
3.長期浸泡會由于玻璃膜中可溶部分溶解而導致玻璃膜氫功能減退，因此如果玻璃電極長期不用，以洗凈后干燥保存為好。
4.對于已老化或中毒后經(jīng)活化處理的電極，*好不要再用于介質(zhì)環(huán)境較差、檢測要求較高的工藝條件，可改用于水介質(zhì)的pH檢測，這樣能使電極得到充分利用并延長其使用壽命。當電極靈敏度低于25mV/pH時，則不宜繼續(xù)使用。
