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1、第三章分析仪器现在学习的是第1页，共89页第三章第三章 电化学分析仪器的维护电化学分析仪器的维护 第一节第一节 酸度计酸度计(离子计离子计)第二节第二节 电位滴定仪电位滴定仪现在学习的是第2页，共89页第一节第一节 酸度计酸度计(离子计离子计)直接电位法是采用酸度计或离子计通过对由电极与被测溶液组成的电池电动势(电极电位)的测量，根据电动势(电极电位)与溶液浓度之间的定量关系求出物质含量的。因此，酸度计、离子计都是由电计和电极两部分组成的。一、酸度计一、酸度计 1电计部分酸度计 酸度计亦称pH计，是目前最常用的测量溶液pH值的仪器。它是通过测量电极对H+离子响应而产生的电位信号并使之直接转换为
2、酸度(pH)。目前常见的酸度计主要是pHS系列酸度计。（1）酸度计的结构 酸度计一般设有以下几个调节器：现在学习的是第3页，共89页零点调节器 当指示电极和参比电极之间的极间电势为零时，溶液的pH的值称为“零位pH”值(也称测量元件的“零点”)。但由于仪器零点是可变的且任意两个测量元件的零点也不相同，因些，仪器的“电气零点”设计为可调形式。定位调节器 在用标准缓冲溶液对仪器进行校准时，需用定位调节器，它的作用在于抵消外参比电极电位、不对称电位、内参比电极电位以及液接界电位等因素的影响。由于被补偿电位中的液接界电位随溶液性质而变，为了使对标准缓冲溶液（定位）和未知溶液(测定)的两次测量中液接界电
3、位能相互抵消，所以定位所用标准缓冲溶液的pH值应尽量与被测液的pH值相近。温度补偿器 根据能斯特方程式可知，溶液的pH值与电动势的关系随温度而变化，其转换系数k()系温度的函数。不同温度下的现在学习的是第4页，共89页理论k值如表3-1所示。表3-1 不同温度下的理论k值 温度(）051015202530354045k(mV/pH单位)5419551056185717581659156015611462136312 由上表可知，在各种不同的温度下，pH值每改变一个单位所引起的电动势改变是不同的。为了适应各种温度下pH值的测量，所以在仪器中设置了温度补偿器。温度补偿器只能补偿转换系数随温度的变化
4、，其它如内参比电极电位、外参比电极电位、不对称电位等随温度的变化仍无法补偿。因此，测量时必须注意被测液与标准缓冲溶液的温度应尽量接近。如果温度变化较大时，需用标准溶液重新校准仪器。现在学习的是第5页，共89页斜率补偿调节器(即mV/pH调节器)温度补偿器一般是按理论转换系数设计的。实际上玻璃电极的k值往往低于理论值，另外，玻璃电极的长期使用也会使k下降。因此，在pH的精密测量中，需采用两点定位法。这种定位方法是选用两种pH值不同的标准缓冲溶液，使被测液的pH值能介于选用的两标准缓冲溶液pH值之间。先用一种标准缓冲溶液将定位旋钮调至“0”，然后用斜率补偿调节器调节电表示值为两份标准缓冲溶液pH值
5、的差值，即pH值的位置，固定斜率补偿调节旋钮，再用第二份标准缓冲溶液将定位旋钮调至该缓冲液pH值，这时“定位”调节器不变，就可对被测液进行测量。（2）酸度计的工作原理 常用的调制放大式酸度计工作原理如下：首先将被测直流电压信号预先调制为交流电压信号，经过交流放大，然后通过解调器将其还原为与输入信号的辐度现在学习的是第6页，共89页 和极性相对应的直流信号，从而推动电表指示出读数。采用调制式放大器易避免交流电源干扰，直流干扰明显降低，可得到低噪音放大，零点漂移对读数的影响可减小到很低，从而使仪器的稳定性和灵敏度有很大提高。（3）常见的酸度计 pHS-2型酸度计 pHS-2型酸度计是目前应用较为广
6、泛的酸度计之一，其外型及面板如图3-1所示。该仪器性能稳定，读数重现性较好；测量范围宽，线性度高。它采用变容二极管参量振荡放大器作为输入极，输入阻抗高达1012以上，利用深度负反馈提高稳定性和线性度。内部标准电位差计线路可以抵消一部分输入讯号，以便迁移量程，使表头满度指示间隔为2pH单位，达到扩大测量范围的作用。其工作原理如图32所示。现在学习的是第7页，共89页图31pHS-2型酸度计外型及面板现在学习的是第8页，共89页图32pHS2型酸度计原理方框图 现在学习的是第9页，共89页pHS-2型酸度计的整机电路由变容二极管参量振荡放大器、中间放大器、整流电路、显示桥路、零点调节、定位调节、量
7、程扩展及温度补偿等部分组成。图3-3是该仪器的整机线路图。pHS-3B型数字式酸度计 pHS-3B型数字式酸度计是一种精密的实验室测量仪器，广泛地应用于样品溶液酸碱度的精确测量。仪器外形如图3-4所示。该仪器的电计部分是一台具有高输入阻抗的、深度负反馈直流放大器。主要由输入级、模数转换、电源电路三部分组成。仪器原理方框图见图3-5。输入级包括阻抗变换、比例放大、定位、温度补偿。根据电极系统的输出特性，要求仪器有足够的高输入阻抗，阻抗变换部分所选用的高阻组件，其输入阻抗51011，而输出阻抗很小，仅约几百欧，电极信号经过阻抗变换部分变换后，幅度大小不变，仅信号内阻变小了，比例放大器在mV档和pH
8、档放大倍数不同。现在学习的是第10页，共89页图33pHS2型酸度计电路图现在学习的是第11页，共89页图pHS-3B型数字式酸度计现在学习的是第12页，共89页图5pHS-3B型数字式酸度计原理方框图 现在学习的是第13页，共89页mV档 K=1 pH档 K=1.84 在mV档，100mV电极信号经放大器后输出仍为100mV。在pH档，00C时，1pH的电极信号(54.197mV)放大成100mV；t0C时，1pH的电极信号为 mV。温度补偿网络实际上是一个电压分压器，其分压比为，这样经温度补偿后1pH的电极信号为 mV。这样就实现了在任何温度下用100mV均代表1pH。隔离级实际上是一个跟
9、随器，其输入阻抗高，输出阻抗低，其作用是将输入级和模数转换两部分进行隔离。模数转换器应用的是双积分原理，从而实现模数转换。主要由积分器、检零放大器、振荡器、控制系统和数字显示系统组成，其核心部分是积分器，它分别对被测溶液的电极信号电压和基准电压进行两次积分，把输入信号电压转换成与其平均值精确成正比的时间间隔，用计数器测出现在学习的是第14页，共89页 这个时间间隔的脉冲数目即可得到被测电压的大小。pHS-4型智能酸度计 pHS-4型智能酸度计是一种精密的测量溶液酸碱度、电极电位和温度的电化学仪器，其外形如图3-6所示：该仪器具有如下特点：a由于采用性能非常稳定的MCS-51单片微型计算机为核心
10、组成硬件系统，整机集成度高，因而仪器操作简便，精确度高，性能稳定，可靠性好。b具有一点或两点自动定标功能。对溶液可有自动/手动两种温度补偿方式，补偿范围可达0-950C，并具有多种故障诊断功能。c由于采用微机控制，可以很方便地扩充其功能，如测量离子活度、自动滴定等。仪器也可扩充为流水线生产自动控制系统中的一个组成部分。d可与各种离子选择性电极、参比电极配合使用，以适应多种样品的分析。现在学习的是第15页，共89页图36 pHS-4型智能酸度计现在学习的是第16页，共89页(4)酸度计的维护保养技术 维护保养 a.酸度计应放置在干燥、无震动、无酸碱腐蚀性气体，环境温度稳定(一般在5450C之间)
11、的地方。b.酸度计应有良好的接地，否则将会造成读数指计不稳定。若使用场所没有接地线，或接地不良，须另外补接地线。一般是用一根导线将其一端与仪器面板上“”极接线柱(即甘汞电极接线柱)或仪器外壳相连(或接地端“GND”)，另一端与自来水管连接。c.仪器使用时，各调节旋钮的旋动不可用力过猛，按键开关不要频繁按动，以防发生机械故障或破损。温度补偿器切不可旋转超位，以免损坏电位器或使温度补偿不准确。d.仪器不能随便拆卸。现在学习的是第17页，共89页e.仪器通电后应进行预热，才可开始测量。在短时间测量，可以预热十几分钟；但长时间工作，最好预热一小时以上，以使零点有较好的稳定性。f.长期不用的仪器重新使用
12、，预热时间要长一些；平时不用时，最好每隔12周通电一次(时间间隔视仪器安放地点的湿度大小而定)，以防因潮湿、霉变或漏电而影响仪器性能；每隔一年应对仪器性能进行一次全面检定。使用注意点 a.仪器使用前必须熟悉仪器说明书，了解仪器的技术性能及操作方法，严格按照说明书的要求进行操作。b.“定位”应选择与被测液pH值相近的标准缓冲溶液进行，两者温度应尽量一致。精密测量则应采用“两点定位法”。c.电极应夹持牢固，以防止损坏电极。d.分档开关设置应适当，以避免或减少“打针”现象的发生。现在学习的是第18页，共89页e.若需要同时测量一批试液时，一般先测pH值低的，后测pH值高的；先测水溶液，后测非水溶液。
13、f.仪器的输入端(即玻璃电极插口)必须保持清洁，仪器暂时不用时应插入续接器，以防止灰尘及潮气侵入。g.操作时应仔细、小心，切不可将溶液打翻在仪器上，因为仪器受潮会使读数开关、玻璃电极插口、玻璃电极引出线与隔离线之间绝缘不良，从而引起漏电或屏蔽不好以及电磁干扰等，使测量不稳定。h.仪器使用完毕应关闭电源，擦净仪器，放置干燥剂，盖好仪器罩或放入仪器箱内。（5）酸度计的检查、校验 外观检查 a.仪器各调节器旋钮能否正常调节，各紧固件有无松动。b.玻璃电极有无裂纹，球膜内有无气泡。现在学习的是第19页，共89页c.甘汞电极内盐桥溶液是否浸没甘汞糊，并有少许KCl晶体析出；液络部是否堵塞(通常KCl溶液
14、的流速以5-10分钟1滴为宜)；盐桥细管内有无气泡隔断现象。整机检查 可选用数种pH值不等的标准缓冲溶液，以其中一种校正(调零、定位等)好仪器，再依次测量其它几种溶液的pH值，反复读数，仪器示值误差应小于该仪器的最小分度值(对于pHS-2型酸度计为0.02pH)。这项检查可以达到搞清：.仪器能否正常操作；.仪器示值是否准确的目的。仪器的校验(以pHS-2型酸度计为例)酸度计经过较大修理及更换元器件后，需对各部分进行校验并适当调整，使仪器能达到原有指标。a.电源进线及绝缘电阻的校验 按下电源开关，用兆欧表测仪器外壳与电源输入线两端间绝缘电阻应大于20M。现在学习的是第20页，共89页b.稳压电源
15、的校验 焊脱C16接至放大器的连线(仪器电路见图33)，用万用表测直流电压应分别为：1615，D9-7，1915，D2116V。用GB-9的“10mV”档，测19两端的交流纹波电压应小于0.2mV。c.pH读数补偿器的校验 电位差计“”端接pH量程开关8，“”端接1，量程指“12”，温度补偿器指300C，调节电位差计读数为60.1513781.95mV，调整P4使检流计平衡。依次换其它量程，继续用电位差计校验各档示值应符合下表所示数值，误差要小于0.1。现在学习的是第21页，共89页 电位差计“”端接8，“”端接1，量程开关指“12”，调节温度补偿器使之指示不同的温度，电位差计读数应为下表数值
16、，误差小于2mV。校完后焊回C16焊下的连线，并检查其它连线是否良好。e.变容二极管电容平衡状况的校验 首先调节好电表机械“零点”，使指示在7.0pH位置，温度补偿器指示300C，量程开关指6.0pH。按下读数开关按键，调节“零点”调节器，使旋钮指示在中间位置，若电表示值小于7.0pH，则增加D2容量，若示值大于7.0pH，则增加D1容量。现在学习的是第22页，共89页f.放大器波形校验 用可测量150千周的示波器检测BG4集电极和BG3基极的波形时，均应为稳定清晰的正弦波，若波形不稳定或振荡太弱，可调节电位器R24，如不能完全解决，可以在BG3基极与BG4集电极之间连接容量适当(在30200
17、F范围内)的聚苯乙烯电容器，并配合调节R24，使之符合要求。g“pH-mV”按键“零位”校验 按下“pH”按键，调节“零点”，使电表指在7.0pH。当按下“mV”按键时，电表“零点”变化应小于0.01pH。变化较大时，则应改变反馈电容和电阻值。h整机测量pH灵敏度和准确度校验 用专用pH校表校验，当输入pH为7、6、5、4、3、2、1与714时，指示值误差应不大于0.01pH，否则可调节P4。现在学习的是第23页，共89页i输入阻抗引起误差的校验 在电位差计至玻璃电极插孔连线之间串接1000的高阻，高、低阻输入(即高阻串入前、后)的偏差(电计零点的变化)应小于0.01pH。j电表指示对温度补偿
18、器的校验 用电位差计从电极插口分别输入电位59.19mV、66.15mV，校验0 oC和60 oC时的补偿误差应小于0.2mV。k电计“零点”漂移的校验 仪器预热一小时后，按下pH按键和读数开关，调“定位”旋钮，使指示7.0pH，在24小时内每隔30分钟观察读数一次，最大漂移应小于0.02pH。（6）酸度计常见故障的排除 酸度计的常见故障及排除方法见表32（以pHS2型酸度计为例）。现在学习的是第24页，共89页故障故障故障原因故障原因排除方法排除方法1输入阻抗降低。(1)绝缘材料，如聚四氟乙烯受污染，电极插口脏、屏蔽电缆线长霉；(2)变容二极管D1、D2漏电，性能变坏。用乙醚清洗插口和开关，
19、然后吹干或烘干。更换变容二极管(型号为2ECO9型)。2输入电路开路，输入信号加不进去。(1)电阻R1或R2已断(用万用表欧姆档测得的阻值为极大)；(2)读数开关接触不良；(3)电极插口接触不良；(4)电阻R已断；(5)电极引入线已断。更换R1或R2。用乙醚清洗并吹干。将电极插进，并用小螺丝拧紧。更换电阻R（100M）。更换电极输入屏蔽电缆线。3输入回路短路，输入信号加不进去。(1)电容C1短路；(2)屏蔽线的芯线和外层金属网短路。更换电容C1。排除短接处，重新焊接。4甘汞电极接线与机壳短路。接线柱安装时漏装塑料垫片，使接线柱与机壳直接接触；或者在焊接接线柱垫片时焊锡太多而碰机壳；或者范围开关
20、连接的裸铜丝线碰开关；或固紧螺钉碰机壳。排除碰机壳因素，重新接线，一旦甘汞电极损坏，应进行更换。5电源插头插入后仪器不通电。(1)按钮开关未按下或接触不良；(2)保险丝已断，或电源插头接触不良；(3)变压器T4初级断线。按下按钮开关或将开关用乙醚清洗使接触良好。更换保险丝，检查或更换电源插头。修理或更换变压器T4。表32pHS2型酸度计常见故障及其排除方法现在学习的是第25页，共89页6仪器指针打向左边。故故 障障(1)参量振荡放大器没有振荡，因此就不会有电流I2（I2为当输入为0时，交流电桥由于自身不平衡的输出在BG5中产生的放大电流），产生原因可能是D1、D2坏或L1、L2断线；(2)晶体
21、管已坏或放大倍数不够；(3)没有+15V电压（BG9BG11或D10D13中有的管子已坏）；(4)L1、L2、L3线圈相位焊反；(5)C2、C3、T1断路或有接地现象；(6)电阻R24阻值为0，晶体管BG5无工作电流；(7)I2电流小。当用手接触变容桥路或前级放大器晶体管基极时，电表会从左边“0”向右边走，手离开指针又移向左边；(8)末极电流放大器BG5已坏。故故 障障 原原 因因更换已坏元件或将断线重新接好。更换晶体管BG1或BG2，均为3DG6（蓝点）管。检查并更换坏管子。重新焊接。排除接地现象，更换C2、C3和T1。更换电阻R24和BG5，BG5为3DG6（蓝点）管。这是因D1、D2配合
22、不好所致，应增加D1容量或并联电容，使I2电流增加。更换BG5晶体管。排排 除除 方方 法法现在学习的是第26页，共89页现在学习的是第27页，共89页10仪器无调节作用。(1)读数开关、电极插口接触不好；(2)C1短路；(3)R、R1或R2已损坏。用乙醚进行清洗，使接触良好。更换C1。更换电阻。11输入标准电压后两边不对称。(1)变容二极管已坏；(2)R24变值；(3)标准电阻R49R54中有的阻值不标准；(4)BG5工作点不对。更换D1或D2。更换R24。测量并更换不标准的电阻。重新调整工作点。12仪器指针缓慢向一边移动，无法调节。(1)R、R1、R3或屏蔽线已断；(2)C1短路；(3)读
23、数开关、电极插口脏。更换电阻或屏蔽线。更换C1。用乙醚清洗，并吹干。现在学习的是第28页，共89页2.电极部分 在使用酸度计测定溶液pH值的操作中，常用玻璃电极与甘汞电极构成测量电极对。(1)玻璃电极 构造及原理 玻璃电极是应用最早的离子选择性电极。其构造如图37所示。玻璃电极对H+离子的响应缘于玻璃膜，而玻璃膜之所以能反映溶液中H+离子浓度的变化，是和水化作用分不开的。作为玻璃主要成份的SiO2具有与水结合的倾向。当玻璃电极的玻璃膜浸入水溶液中时，玻璃膜表面即形成水化胶层(SiO2+H2OH2SiO3)，这样就形成了干玻璃层夹在两个极薄(约10-410mm)的水化胶层之间的结构。如图3-8所
24、示。现在学习的是第29页，共89页1.玻璃膜;2.内参比溶液(0.1mol/LHCl);3.内参比电极(AgAgCl电极);4.电极套管;5.电极帽;6.屏蔽导线;7.电极接头。图 玻璃电极的构造现在学习的是第30页，共89页 图3-8 玻璃膜水化胶层示意图现在学习的是第31页，共89页 水化胶层中的一价阳离子(如Na+离子)体积小，活动能力较强，因而能从水化胶层扩散到溶液中，同时溶液中的H+离子也能进入水化胶层占据Na+离子的位置，也就是说，当玻璃膜和水溶液接触时，水化胶层中的Na+离子就和溶液中的H+离子在水化胶层表面发生了离子交换作用。经过一段时间，上述两个相反的过程即达到平衡状态。在玻
25、璃膜内外两个表面的性质相同时，玻璃膜内、外两侧的水化胶层完全对称(玻璃膜两侧水化胶层中由于离子扩散而形成的扩散电位大小相等而符号相反，即总的扩散电位为0)。此时玻璃膜的膜电位仅取决于玻璃膜两侧所接触的溶液中H+离子的浓度(活度)，即：现在学习的是第32页，共89页 式中H+内是内参比溶液中H+离子的浓度，为一定值，因此膜电位随着待测溶液中H+离子浓度的变化而变化。这就是玻璃电极对H+离子的响应机理。维护及使用注意点 a玻璃球膜的保护 玻璃电极在使用过程中，要注意避免玻璃球膜与坚硬物体的擦碰；玻璃电极在与参比电极插入溶液构成电池时，玻璃电极的最下端(即玻璃球膜底部)应高于参比电极的最下端(也可对
26、玻璃电极加装防护罩)，以免由于电极未夹牢固落下而损伤玻璃球膜。b电极清洗 玻璃电极的玻璃球膜被沾污将影响对H+离子的正常响应，此时应对其进行清洗。玻璃电极上若有油污，可用510%的氨水或丙酮清洗；无机盐类污物可用0.1mol/L盐酸溶液现在学习的是第33页，共89页 清洗；钙、镁等不溶物积垢可用乙二胺四乙酸二钠盐溶液溶解予以清洗；在含胶质溶液或含蛋白质溶液(如血液、牛奶等)中测定后，可用1mol/L盐酸溶液清洗。玻璃电极的清洗要注意避免使用脱水性溶剂(如无水乙醇、浓硫酸等)，以防止破坏水化胶层使电极失效。玻璃电极清洗后，应用纯水重新清洗，浸泡一昼夜后使用。c.使用环境 玻璃电极一般在空气温度0
27、40，试液温度560(231C型玻璃电极)，相对湿度85%的环境中使用。玻璃电极不宜置于温度剧烈变化的地方，更不能烘烤，以免玻璃球膜被胀裂和内部溶液蒸发。电极的插头和导线应保持清洁干燥，要避免与污物接触，防止漏电现象发生。现在学习的是第34页，共89页 碱性溶液、有机溶剂及含硅溶液能使玻璃电极“衰老”，故测试上述溶液后，应立即将电极取出洗净，或在0.1mol/L盐酸溶液中浸泡一下，加以矫正。一般的玻璃电极不应用来测定强碱溶液(2mol/L)，测量一般碱性溶液时速度要快。电极不能在非水溶液中使用；也不能在含氢氟酸的溶液中使用。d.使用寿命 玻璃电极的内阻随着电极使用时间的增长而加大，使用数年可增
28、大数倍。内阻增大会使测定pH的灵敏度降低，所以玻璃电极“老化”到一定程度便不宜再用，而应更换新的电极。e其它注意点 玻璃电极使用时，玻璃球膜应全部浸没在测量溶液中，并轻轻摇动溶液，以促使电极反应达到平衡；测量另一溶液时，应先用蒸馏水冲洗干净，并用吸水纸小心吸去粘附液，以免杂质带进溶液和被测溶液被稀释。现在学习的是第35页，共89页 暂时不用的玻璃电极，可将球膜部分浸在蒸馏水中，以便下次使用时容易达到平衡，长期不用的玻璃电极应放入盒内存放于干燥之处。（2）甘汞电极 构造 甘汞电极由于具有电位稳定(即使在测量过程中有电流通过时，电位也几乎无变化)、使用寿命长等特点而在许多场合作为比较的标准，即做为
29、参比电极。甘汞电极的构造如图39所示。主要由内电极、盐桥溶液及液络部三个部分构成。其中甘汞芯子作为内电极，由汞、甘汞糊、铂丝等组成，它实际上就是甘汞电极，但是它只有和其它部件结合起来才构成可用来测量的参比电极；盐桥溶液大多数采用饱和氯化钾溶液，有时为避免过多的Cl-离子或K+离子影响测量系统的正确测量，也可在双盐桥参比电极(如217型甘汞电极)的第二盐桥中加入适宜的现在学习的是第36页，共89页1.内电极（甘汞芯子）；2.电极玻壳；3.盐桥溶液；4.液络部（陶瓷砂芯）；5.电极导线；6.橡皮帽（塞）。图39 甘汞电极的构造现在学习的是第37页，共89页 电解质溶液(如NH4Cl、KNO3或NH
30、4NO3等)；液络部是沟通盐桥溶液和被测溶液的连接部件，目前多数采用陶瓷砂芯材质的，也有采用塑料毛细孔的或磨口套式的。维护及使用注意点 a.甘汞电极在使用时，电极上端小孔的橡皮塞及液络部的橡皮套必须拔去，以防止产生扩散电位变化和阻断盐桥溶液与待测液的联系而影响测试。b.甘汞电极的电位与温度有关，并具有温度滞后性(即电位变化滞后于温度的变化)，所以使用甘汞电极工作时要严防温度急剧变化，并随时用标准溶液校准。甘汞（Hg2Cl2)高于78即能分解，所以甘汞电极一般只能在070间使用和保存。c.电极内KCl溶液中不能有气泡，以防止隔断溶液，室温时溶液内应保留少许KCl晶体，以保证KCl溶液的饱和。现在
31、学习的是第38页，共89页d.KCl溶液要浸没甘汞糊体，如不能浸没则从电极的侧口及时补入饱和KCl溶液；KCl液面要高于试液的液面，以防止电极被试液渗入而遭致沾污，特别是测定高密度和重混浊溶液的pH值，宁可使KCl溶液流出稍快而不能让其发生“倒灌”。每隔一段时间，可将饱和KCl溶液换装一次，以确保纯净。e.当电极外表附有KCl晶体时，应随时除去，特别是甘汞电极的上部应始终保持干净，注意KCl等电解质沾污电极导线而影响甘汞电极的电位稳定。f.暂时不用的饱和甘汞电极，可将其KCl溶液渗出端插入饱和KCl溶液中保存，这样能避免毛细孔堵塞或液络部芯子裂纹现象的发生。g.长时间不用的甘汞电极，应将其侧口
32、以橡皮塞塞紧，液络部用橡皮套套好，贮存于盒内。现在学习的是第39页，共89页 二、离子计二、离子计 玻璃电极作为应用最早的离子选择性电极，由于能够对溶液中H+离子产生响应，使得我们可以用玻璃电极直接测量溶液中H+离子的浓度(活度)。那么，能否采用相同的方法去测定其它各种离子呢？本世纪六十年代后期开始迅速发展起来的各种离子选择性电极使得这种愿望成为可能。现在分析工作者只要带上几支电极，便可以在野外或实验室中方便、迅速的完成分析任务。离子选择性电极是一种新型的电化学传感器，它能够将溶液中特定离子的含量转换成相应的电位，用离子计与之配套进行测定，就可以指示出相应的离子含量。1电计部分离子计 因为离子
33、选择性电极一般都具有较高的内阻，所以离子计必须是量程扩大的高输入阻抗的电子式电位计。离子现在学习的是第40页，共89页 计有多种不同的分类方法：根据电路原理可分为直接放大式和调制放大式；根据用途可分为专用离子计和通用离子计；根据仪器的结构可分为电表读数式和补偿式；根据结果显示方式可分为模拟式和数字式。目前常用的离子计是PXD2型通用离子计。该仪器电路设计全部晶体管化，采用集成电路等先进技术，交直流两用供电，具有结构简单、性能稳定、便于维护的特点，并有温度补偿、电极斜率校正等功能旋钮和记录输出，是一种通用性比较好的测量仪器，也可当精密酸度计使用，最小分度值为0.01pH。（1）离子计工作原理 P
34、XD2型通用离子计是一台高输入阻抗、深度负反馈的直流放大器。它可以与各种离子选择性电极配套使用，在毫伏档可以测定与离子活度ax有关的电极电位；在pX档可以直接测定离子活度ax的负对数pX。当X离子选择性电极浸入溶液时，产生的电位溶液中X离子活度ax的关系符合能斯特方程式：现在学习的是第41页，共89页 式中：称之为电极的理论斜率S，它表示离子活度变化一个数量级时(pX变化一个单位)，电极电位Ex值的变化。但实际上，电极在溶液中的实际斜率往往比上述理论值要低，而且在不同的体系中还稍有差异。所以仪器设置了电极斜率校正旋钮，能够把电极在不同体系中的斜率补偿到理论值。在少数体系中，电极斜率超过理论值或
35、过低时，可用毫伏档进行ax(或Cx)的测量。在pX的测量中，仪器中可以加一种定位信号，把电极信号中的(或)通过“定位”操作消除掉，这时：x=Ex-E0=SpX或Ex=Ex-E0=SlogCx成了简单的线性关系。测出后，即可知道pX或的大小。现在学习的是第42页，共89页（2）离子计的维护保养与使用注意点 由于仪器的输入阻抗很高，为了防止感应信号损坏仪器，与其配合使用的交流仪器应有良好的接地线。仪器为交直流两用仪器。使用交流档时，如发现仪器不正常，应先检查稳压电源输出9V电压是否正常；使用电池时，电池电压最小不能低于8.0V，以保证仪器有足够的精度。仪器在校零的基础上(使用哪一档，必须在那一档校
36、零)进行校准，这时电表的指示应为满度，如“校准”时指针不在满度，应先检查pX档校准时温度是否在20，斜率是否放在100%的位置，再检查电池电压、电源电压是否正常。如仍不行，则按以下方法进行调节：a.用电位差计或数字式电压表校准标准电阻R47(100欧姆)两端电压是否为100mV且正负两档都必须校准，若不能达到100mV，此时可分别调整两只560的电压调节电位器W4，W5(参见图3-10，PXD2型通用离子计电路)使电压达到规定值。现在学习的是第43页，共89页图3-10 PXD2型通用离子计电路图现在学习的是第44页，共89页仪器在使用时，必须严格遵循校零、校准、粗测、选择量程、细测的步骤。更
37、换电极和被测溶液前，必须先把“转换”开关拨至“粗测”，并使“测量”按键复原。切勿在“测量”开关按下时拔掉电极或更换被测溶液；也不可在“细测”位置时将“测量”按键复原，否则指针将反打或超过满度。在使用电极测量，尤其是使用高内阻电极时，必须十分注意：a.仪器及与其配用的交流仪器(如磁力搅拌器)等，机壳必须有良好的接地线。b.使用高阻电极时，必须严格避免：电极引线无屏蔽层；电极引线的屏蔽层不与仪器机壳相连；电极引线用普通胶质线且互相绞在一起或拖在测试台面上；电极引线的屏蔽或内引线绝缘不好、受潮等；测试杯与台面绝缘不好(最好用清洁、干燥的塑料杯，下垫一块绝缘好的塑料板)。现在学习的是第45页，共89页
38、c.电极的插头、插座应清洁、干燥，切勿受潮、沾污。如发现阻抗降低，可用蘸过乙醚的棉花球将这些部位洗擦干净。d.高阻电极的测量，除注意电极输入引线屏蔽外，最好离干扰源远一点。否则将引起较大的测量误差，或指针抖动，甚至使测量不能进行。开启仪器后如发现电表指针乱动，首先要仔细检查电池是否接反、电压是否正常、焊头是否脱落、仪器内部接插件接触是否良好、是否受潮、盐桥是否堵塞等等。仔细检查后，才能进行测量。用“两点校正定位”法测溶液pH值时若采用从稀到浓的标准液来补偿电极斜率，在定斜率时，要注意极性开关的位置，使之恰好与测量溶液的p值时相反，即正离子置“阴”、负离子置“阳”，斜率定好之后，用定位调节器使仪
39、器指示在标准液的pX值。在以后的测量中，正离子则置于“阳”，负离子置于“阴”。用氨气敏电极测铵离子时，应按阴离子的步骤进行。现在学习的是第46页，共89页对斜率符合理论值的电极(如未老化的pH电极)，只要用一种标准溶液一次定位即可，斜率旋钮放在100%的位置。对于斜率低于理论值的电极，必须用两种标准溶液来确定斜率和定位。此时标准溶液配制的正确和不受沾污将是决定测量误差的主要因素。仪器应存放在干燥、清洁、无腐蚀的场所。仪器使用完毕，应切断电源。如长期不用应定期通电，以防电气元件受潮损坏。2电极部分离子选择性电极 （1）离子选择性电极的特点及分类 离子选择性电极由于具有结构简单、测量范围宽、响应速
40、度快、适用范围广，而且不要求复杂的仪器设备，操作简便，能进行快速连续的测定等特点而得到了广泛的应用。采用离子选择性电极可测量溶液中的离子和气体的浓度，离子选择性电极分析方法几乎成了直接电位法的最主要形式。现在学习的是第47页，共89页 离子选择性电极最基本的组成部分包括敏感膜、内参比液、内参比电极、电极套管等，如图3-11所示。根据国际纯粹与应用化学协会(IUPAC)的建议，按敏感膜的活性材料的化学性质和作用，离子选择性电极可作如下分类：（2）常见离子选择性电极及维护 目前已制成的商品离子选择性电极已达数十种。一些较为常用的离子选择性电极的概况，如表3-3所示。现在学习的是第48页，共89页图
41、311离子选择性电极结构示意现在学习的是第49页，共89页表3-3 常用的离子选择性电极表3-3 常用的离子选择性电极电极名称电极名称（型号）（型号）线性范围（线性范围（mol/Lmol/L）PHPH范围范围响应时间响应时间（分钟）（分钟）电极内阻电极内阻（MM，25250 0C C）干扰离子干扰离子氟离子选择性 电 极（201型）1510-750602（CF-=10-3 10-6时）5(CF-=110-6510-7时）2Al3+、Fe3+、OH-等氯离子选择性电极(301型）110-2 510-5（纯NaCl标准溶液中含01mol/L KNO3）20120 2 015Br-、I-、CN-、S
42、2-等溴离子选择性电极(302型）1510-6（纯NaBr标准溶液中含10-3mol/L Na2SO4）20110 2 015PO43-、NO3-、CO32-、SCN-、CN-、Cl-、SO42-、S2O32-、I-、S2-等碘离子选择性电极(303型）110-2 510-7（纯KI标 准 溶 液 中 含 01mol/L KNO3）20120 2 015NO3-、HPO42-、Br-、SO42-、Cl-等硫离子选择性电极(314型）01510-720120 2 015Ag+等氰离子选择性电极(313型）110-2510-7中性或碱性 2 015S2-、I-、Hg2+等现在学习的是第50页，共8
43、9页现在学习的是第51页，共89页镉离子选择性电极(307型）10-3510-7（标准液 中 含 0.1mol/L NaNO3）30100 2045Hg2+、Pb2+、Ag+、S2-等铜离子选择性电极(306型）10-3510-7（标准液 中 含 0.1mol/L KNO3）3050 2 015NH4+、Ag+、Cl-、Hg2+、Bi3+、Fe3+、Cd2+、Pb2+等汞离子选择性电极(323型）10-2510-727 2 015S2-、CN-、Cl-、Br-、I-等银离子选择性电极(304型）1510-7（纯AgNO3标 准 液 中 含 01mol/L KNO3）20110 2 00015S
44、2-等氨气敏电极(501型）0.1110-5 110510与玻璃电极相当。二氧化碳气敏电极(502型）10-2510-5 074 4（10-210-4mol/L）7（10-510-5mol/L）300现在学习的是第52页，共89页 各种离子选择性电极由于其结构、原理的差异，因此在使用中需注意的方面也不尽相同，这里仅将共同注意点列举如下：电极使用前，应在一定浓度含有所测离子的溶液（或纯水）中浸泡一段时间活化，以使电极平衡，然后再用去离子水反复清洗，直至达到所要求的空白电位值为止。与双盐桥饱和甘汞电极（部分电极仅需单盐桥甘汞电极）配合使用，外盐桥充入不含所测离子且不与其反应、液接电位很小的合适电解
45、质溶液。应防止电极敏感膜被碰擦和沾污。如已沾污、磨损，可先用酒精棉球轻擦，再用去离子水洗净；若效果不好，应在抛光机上抛光处理，以更新敏感面。电极使用完毕后，应清洗至空白电位值。电极若暂时不用，可浸泡在一定浓度的所测离子溶液中保存；若较长时间不用，则适宜用滤纸吸干后存放于电极盒中。电极引线与插头应保持干燥。现在学习的是第53页，共89页 三三、技技能能训训练练酸酸度度计计(离离子子计计)示示值值总总误误差差，示示值值重复性的检定重复性的检定(JJG119-84(JJG119-84及及JJG757-91)JJG757-91)1技术要求 本法适用于新制造，使用中和修理后的实验室酸度计、通用离子计的检
46、定。按电计的分度值(或最小显示值)不同，仪器的级别可分为0.1级(分度为0.1pX的仪器)、0.01级(分度为0.01pX的仪器)、0.001级(分度为0.001pX的仪器)，等等。各类仪器采用玻璃电极和甘汞电极在pX档测量pH值，检定结果应符合下表要求。现在学习的是第54页，共89页 仪器的检定周期一般定为一年。2检定步骤 （1）pH标准溶液的配制 B1 0.05mol/kg四草酸氢钾溶液。称取在543下烘干45小时的四草酸氢钾12.61g(用于0.1级以下仪器无需烘干)，溶于蒸馏水，于25下稀释至一升。仪 器 级 别 项 目0.2级0.1级0.02级0.01级0.001级仪器示值总误差(p
47、H)(测量范围pH310)0.20.10.020.020.01仪器示值重复性(pH)(测量范围pH010)0.10.050.010.010.005现在学习的是第55页，共89页B2 25饱和酒石酸氢钾溶液。在玻璃瓶中装入蒸馏水和过量的酒石酸氢钾粉末(7g/L)，温度控制在253，剧烈摇动2030分钟，溶液澄清后，用倾泻法取清液备用。B3 0.05mol/kg邻苯二甲酸氢钾溶液。称取在1155下烘干23小时的邻苯二甲酸氢钾10.12g(用于0.1级以下仪器无需烘干)，溶于蒸馏水中，于25下稀释至一升。B4 0.025mol/kg磷酸氢二钠和0.025mol/kg磷酸二氢钾混合溶液。分别称取在11
48、55下烘干23小时的磷酸氢二钠3.533g和磷酸二氢钾3.387g，溶于蒸馏水，于25下稀释至一升。B5 0.03043mol/kg磷酸氢二钠和0.008695mol/kg磷酸二氢钾溶液。分别称取在1155下烘干23小时的磷酸氢二钠4.303g和磷酸二氢钾1.179g溶于蒸馏水中，于25下稀释至一升。现在学习的是第56页，共89页B6 0.01mol/kg硼砂溶液。称取硼砂3.80g(注意!不能烘)，溶于蒸馏水，于25下稀释至一升。B7 25饱和氢氧化钙溶液。在玻璃磨口瓶或聚乙烯塑料瓶中装入蒸馏水和过量的氢氧化钙粉末(约2g/L)，温度控制在253下，剧烈摇动2030分钟，迅速抽滤，取清液备用
49、。上述标准溶液的配制必需使用二次蒸馏水或去离子水，其电导率应小于210-6Scm-1。如果用于0.1级以下仪器，可使用普通蒸馏水。在配制B4、B5、B6溶液时，如果是用于0.02级以上的仪器,所用的蒸馏水还应预先煮沸1530分钟或通入惰性气体，以除去溶解的二氧化碳。各pH标准溶液在不用温度下的pHs值如下表所示：现在学习的是第57页，共89页现在学习的是第58页，共89页（2）仪器示值总误差的检定 对没有斜率调节器的仪器，在仪器正常工作条件下，可选用上述标准溶液中的一种对仪器校正后，测量另一种标准溶液。所用校正用标准溶液与该测量标准溶液的pH值之差以不超过3pH单位为宜。重复“校正”和“测量”
50、操作三次，取平均值作为仪器示值，此示值与被测标准溶液在测定温度下的pHs值之差为仪器示值总误差。对具有斜率调节器的两点校正式仪器，应该用两种标准溶液校正后，测量第三种标准溶液。（3）仪器示值重复性的检定 仪器用标准溶液校正后，测量另一标准溶液，重复“校正”和“测量”操作六次，以单次测量的标准偏差表示重复性。计算公式为：现在学习的是第59页，共89页 式中：S单次测量的标准偏差；pHi第i次测量的电计示值；6次测量的pHi平均值。3检定记录 （1）仪器示值总误差的检定 （2）仪器示值重复性的检定现在学习的是第60页，共89页4检定结果 仪器示值总误差 pH；仪器示值重复性 pH。现在学习的是第6