一、PH電極的概念

pH電極又稱pH探頭、pH傳感器，英文名稱pHelectrode或pHsensor，是PH計(jì)上與被測物質(zhì)接觸的部分，用來測電極電位的裝置。

二、PH電極的特點(diǎn)

1、采用先進(jìn)的固體電介質(zhì)和大面積聚四氟乙烯液接界。不易阻塞，維護(hù)方便。

2、長距離的參比擴(kuò)散途徑，極大的延長了電極在惡劣環(huán)境中的使用壽命。

3、新型設(shè)計(jì)的玻璃球泡，增加了球泡面積，可防止內(nèi)緩沖液中干擾氣泡的生成使測量更加可靠。

4、電極采用優(yōu)質(zhì)低噪音電纜線，可使信號輸出長度大于20米以上無干擾。

三、PH電極分類

1、液體pH電極

液體電極例如InPro2000系列，是一種可填充式液體電極，這種電極是pH電極發(fā)明歷史上設(shè)計(jì)最經(jīng)典、品質(zhì)最出眾、適用范圍最廣的一款電極，適用于多種工業(yè)過程的測量。

2、凝膠pH電極

凝膠電極是升級改良版的液體電極，譬如InPro3250系列，這種電極維護(hù)量低，而且適合在要求嚴(yán)格的應(yīng)用中進(jìn)行在線測量，它可以在經(jīng)歷數(shù)次CIP（原位清洗）和SIP（蒸汽消毒）后仍能長久使用。

3、固體pH電極

固體電極例如InPro4260系列，DXK系列電極、InPro4010、InPro4501和InPro4550，這類電極較普遍用于化工行業(yè)，采用了新式固體聚合物參比電解質(zhì)，進(jìn)行準(zhǔn)確pH測量的同時(shí)使用壽命長，即使在最惡劣的工業(yè)環(huán)境下也可保持良好性能。

四、pH電極的工作原理

PH測量屬于原電池系統(tǒng)，它的作用是使化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，此電池的端電壓被稱為電極電位；此電位由兩個(gè)半電池構(gòu)成，其中一個(gè)稱為測量電極，另一個(gè)稱為參比電極；此電位遵循能斯特方程：

對于氧化還原體系：

對于金屬電極，還原態(tài)是純金屬，其活度是常數(shù)，定為1，則上式可寫作：

式中：E—電極電位

E0—電極的標(biāo)準(zhǔn)電壓

R—?dú)怏w常數(shù)（8.31439焦耳/摩爾和℃）

T—開氏絕對溫度（例：20℃=273+293開爾文）

F—法拉弟常數(shù)（96493庫化/當(dāng)量）

n—被測離子的化合價(jià)（銀=1，氫=1）

aMe—離子的活度

對于PH電極。它是一支端部吹成泡狀的對于pH敏感的玻璃膜的玻璃管。管內(nèi)充填有含飽和AgCl的3mol/lkcl緩沖溶液，pH值為7。存在于玻璃膜二面的反映PH值的電位差用Ag/AgCl傳導(dǎo)系統(tǒng)，如第二電極，導(dǎo)出。PH復(fù)合電極如圖

此電位差遵循能斯特公式：

式中R和F為常數(shù)，n為化合價(jià)，每種離子都有其固定的值。對于氫離子來講，n=1。溫度“T”做為變量，在能斯特公式中起很大作用。隨著溫度的上升，電位值將隨之增大。對于每1℃的溫度變大，將引起電位0.2mv/perpH變化。用pH值來表示，則每1℃第1pH變0.0033pH值。這也就是說：對于20~30℃之間和7pH左右的測量來講，不需要對溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償；而對于溫度＞30℃或＜20℃和pH值＞8pH或6pH的應(yīng)用場合則必須對溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。

內(nèi)參比電極的電位是恒定不變的，它與待測試液中的H+活度（pH）無關(guān)，pH玻璃電極之所以能作為H+的指示電極，其主要作用體現(xiàn)在玻璃膜上。當(dāng)玻璃電極浸入被測溶液時(shí)，玻璃膜處于內(nèi)部溶液（αH+，內(nèi)）和待測溶液（αH+，試）之間，這時(shí)跨越玻璃膜產(chǎn)生一電位差ΔEM（這種電位差稱為膜電位，下節(jié)討論），它與氫離子活度之間的關(guān)系符合能斯特公式：

　　當(dāng)時(shí)，。但實(shí)際上，跨越玻璃膜仍有一定的電位差，這種電位差稱為不對稱電位（ΔE不對稱），它是由玻璃膜內(nèi)外表面情況不完全相同而產(chǎn)生的。此式表明玻璃電極ΔEM與pH成正比。因此，可作為測量pH的指示電極。

膜電位理論：

用離子選擇性電極測定有關(guān)離子，一般都是基于內(nèi)部溶液與外部溶液之間產(chǎn)生的電位差，即所謂膜電位。膜電位的產(chǎn)生是由于溶液中的離子與電極膜上的離子發(fā)生了交換作用的結(jié)果。以玻璃電極為例來說明。其要點(diǎn)如下：

玻璃電極在使用前要在純水中浸泡，離子交換理論認(rèn)為，當(dāng)玻璃電極浸入水溶液中時(shí)，玻璃表面會吸水而使玻璃溶脹，在它的表面形成溶脹的硅酸層（水化層），這種水化層的是逐漸形成的，只有當(dāng)玻璃膜浸泡24小時(shí)以上后，才能完全形成并趨于穩(wěn)定。其厚度很?。s為玻璃膜厚度的1/1000）。同樣，膜內(nèi)表面與內(nèi)參比溶液接觸，亦已形成水化層。在水化層形成的過程中，伴隨著水溶液中H+與玻璃種Na+的交換作用（Ca2+結(jié)合牢固不易交換），此交換反應(yīng)可表示如下：

　　浸泡好的玻璃膜在膜與溶液的界面上存在如下離解平衡：

若內(nèi)部溶液和外部溶液的pH不同，則膜內(nèi)、外固液界面上電荷分布不同，這樣跨越膜的兩側(cè)界面就有一個(gè)電勢差，即膜電位。

當(dāng)浸泡好的玻璃膜進(jìn)入待測試液時(shí)，膜外層的水化層與試液接觸，由于H+活度變化，將使上式離解平衡發(fā)生移動(dòng)，此時(shí)，就可能有額外的H+由溶液進(jìn)入水化層，或有水化層轉(zhuǎn)入溶液，因而膜外層的固液界面上電荷分布不同，跨越膜的兩側(cè)界面的電勢差發(fā)生改變，這個(gè)改變與試液中的［H+］有關(guān)。

玻璃電極的構(gòu)造如下圖

五、PH電極的用途

最初人們對酸堿的意識是入口食物的味道，譬如醋是酸的，檸檬也是酸的，嘗起來澀澀的堿面是堿性的，這是pH值或酸堿度最初的由來，簡單直觀。

以摩爾值表示水相溶液中的氫離子濃度，濃度從100（1）到10-14，再以10為底的負(fù)對數(shù)換算，pH范圍即為0-14。pH是拉丁文pondushydrogenii的縮寫，pondus=壓強(qiáng)，hydrogenii=氫。因此，更精準(zhǔn)的pH值定義應(yīng)是水相溶液中氫離子活度的負(fù)對數(shù)值，理解這一點(diǎn)非常重要。您可以因此了解到第一：相對而言，液體更容易實(shí)現(xiàn)精確的pH值測量，第二：水相溶液環(huán)境里更容易實(shí)現(xiàn)精確的pH值測量。

而且，日常生活工作和生產(chǎn)中大部分的pH［1］值測量都是圍繞液體工作的。例如人類攝入的食物藥物以及液體居多，即使終產(chǎn)品不是液體其來源環(huán)境也是液體，譬如人類的液體食物有很多：白酒、啤酒、碳酸飲料、果汁、咖啡和茶葉，pH值影響著食物的風(fēng)味和品質(zhì)，pH值是藥物生產(chǎn)中的重要指標(biāo)。而pH值檢測并不簡單，工業(yè)制藥生產(chǎn)液態(tài)物質(zhì)比固態(tài)物質(zhì)多得多（由此不難理解工業(yè)上水的重要性了），常見工業(yè)用水有冷卻水、清洗用水、加熱水、蒸汽和溶劑用水等，除此之外，還包括需要進(jìn)一步做環(huán)保處理的污水。那么，工業(yè)生產(chǎn)中，物質(zhì)經(jīng)歷著各種變化，相當(dāng)一部分反應(yīng)又伴隨著氫離子濃度的變化，因此檢測水相溶液中氫離子濃度的大小即pH值尤為重要。

精確的pH測量可以幫助實(shí)現(xiàn)：

1、生產(chǎn)出我們預(yù)期想要的產(chǎn)品

2、盡可能的以最低成本生產(chǎn)

3、防止物料損壞、人員傷亡和環(huán)境污染

4、滿足法規(guī)要求

5、研發(fā)工作順利進(jìn)行

六、pH電極的保養(yǎng)與維護(hù)

1、PH電極平時(shí)不使用，可以浸泡在3mol/l的kcl溶液或飽和kcl溶液中，嚴(yán)格禁止將電極浸泡在蒸餾水，去離水或自來水等離子含量極少的液體中。

2、如果PH電極長期干放而暴露在空氣中，在重新使用之前，請先將電極浸泡在3mol/l的kcl溶液或飽和kcl溶液中2~3天，使電極恢復(fù)活性，如果有條件，請先將電極浸泡在9895電極再生液中1分鐘左右，然后再用蒸餾水洗干凈，浸泡在3mol/l的kcl或飽和kcl溶液中至少1天才能使用。

3、如果電極敏感膜或白色陶瓷隔膜孔受到蛋白質(zhì)污染而發(fā)黃，可以購買9891電極清洗液，將電極浸泡在其中數(shù)小時(shí)，然后再用蒸餾水洗干凈，最后浸泡在3mol/l的kcl或飽和kcl溶液中至少1天才能使用。

4、如果電極白色陶瓷隔膜孔受到Aq2S污染而變黑，可以購買9892隔膜清洗液，將電極浸泡在其中數(shù)小時(shí)直至隔膜孔再變白，然后再用蒸餾水洗干凈，最后浸泡在3mol/l的kcl或飽和的kcl溶液中至少1天才能使用。

5、如果電極使用時(shí)間過長而造成敏感膜老化，可以購買9895電極再生液，將電極浸泡在其中1~10分鐘（根據(jù)敏感膜老化的程度及斜率決定浸泡時(shí)間長短），然后再用蒸餾水洗干凈，最后浸泡在3mol/l的kcl和飽和kcl溶液至少1天才能使用，嚴(yán)格禁止將斜率在56mv/ph以上的PH電極用9895處理，因?yàn)?895電極再生液中含有HF溶液，9895的原理就是用HF將表面的敏感膜老化層腐蝕掉，如果新電極浸泡在9895的電極再生液中或舊電極浸泡在其中時(shí)間過長，HF會將好的敏感膜部分也腐蝕掉。

6、如果PH電極被無機(jī)物質(zhì)污染可以用0.1mol/l的Hcl或NaOH溶液清洗數(shù)分鐘，然后再用蒸餾水洗干凈。

7、如果PH電極被有機(jī)物質(zhì)污染，可以用酒精或丙酮清洗，然后再用蒸餾水洗干凈。

8、如果你知道用何種物質(zhì)可以將污染電極的物質(zhì)溶解，你就用何種物質(zhì)清洗。

9、請切記，用9891、9892或9895處理過的PH電極，請勿馬上校準(zhǔn)或測量，因?yàn)槟菚r(shí)電極無法進(jìn)行測量，必須將電極浸泡在3mol/l或飽和kcl溶液中至少1天才能使用。

10、PH電極上端和電纜線相連接處的接頭是高阻抗部件，禁止用水等液體浸泡或蒸氣等潮濕空氣侵蝕，可以用新電極所帶的紅色小螺帽蓋住，電極電纜的接頭也屬于高阻抗部件，嚴(yán)禁用水等液體浸泡或蒸氣等潮濕空氣侵蝕，一定要存放在干燥處。