数字式离子计原理及使用方法
作者： 2013年07月18日 来源： 浏览量：
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一、仪器简介及使用范围数字式离子计是一种精密的二次仪表。它与各种离子选择性电极配用。精密地测量电极在溶液中产生的电池电动势。仪器可直读溶液中离子活度的负对数（pX）值。仪器亦可作精密酸度计和高输入阻抗的
一、仪器简介及使用范围
数字式离子计是一种精密的二次仪表。它与各种离子选择性电极配用。精密地测量电极在溶液中产生的电池电动势。仪器可直读溶液中离子活度的负对数（pX）值。仪器亦可作精密酸度计和高输入阻抗的精密毫伏计使用。广泛适用于医疗、环保、科研、大专院校、工矿企业，是化学分析的必备的常规分析仪器。
数字式离子计是一种精密的二次仪表。它与各种离子选择性电极配用。精密地测量电极在溶液中产生的电池电动势。仪器可直读溶液中离子活度的负对数（pX）值。仪器亦可作精密酸度计和高输入阻抗的精密毫伏计使用。广泛适用于医疗、环保、科研、大专院校、工矿企业，是化学分析的必备的常规分析仪器。
数字式离子计采用国内外先进3位半LED 数码显示和大规模集成电路等技术，仪器集成度高，造型美观大方、结构简单、性能稳定、便于维护。
数字式离子计具有自动温度补偿功能，配有一支专用温度测量电极，能随时测量被测溶液的温度，插入温度电极后，仪器就能自动进行温度补偿，温度调节电位器自动失效，不插入温度电极，仪器改为手动温度补偿，靠手动调节温度电位器进行温度补偿。
数字式离子计具有自动温度补偿功能，配有一支专用温度测量电极，能随时测量被测溶液的温度，插入温度电极后，仪器就能自动进行温度补偿，温度调节电位器自动失效，不插入温度电极，仪器改为手动温度补偿，靠手动调节温度电位器进行温度补偿。
数字式离子计可配用各种离子选择性电极-氟、氯、溴、碘、氰根、汞、铜、铅、钠、钾、氨、硝酸根、平板玻璃pH、锥状pH、球状pH、硫、银、钙、镉、硼酸根、硬度等
二、工作原理
二、工作原理
1．工作原理：
当X离子选择电极与参比电极浸入被测溶液时，X离子电极的敏感膜与溶液间即产生一定的电位，此电位和溶液中X离子的活度ax之间的关系，符合电化学理论中的能斯特方程。
Ex ＝ E0 ± lgax （正、负号对应阴、阳离子）
式中：Ex：由电极系统产生的电池电动势
E0：电极系统的截距电位，在一定条件下，可看作为一常数
R：气体常数（8.314焦耳/度·摩尔）
F：法拉第常数（9.65×104 库仑/摩尔）
Z：离子价数
T：溶液的绝对温度（273 + t℃）
ax：X离子的活度。它与离子浓度Cx有ax＝f·Cx的关系。f一般称为活度系数，它是溶液的总离子强度的函数，在溶液中总离子强度不变的情况下，它是一个常数。
在酸度测量中pH＝-lgaH，在一般的离子活度测量中pX＝-lgax，比如溶液的氯度pCl=-lgaCl，钠度pNa＝-lgaNa等等，代入各个恒量的值。则能斯特方程可写为：
对一价离子，Ex＝E0±0.1983T·pX（正、负号对应阴、阳离子）
对二价离子，Ex＝E0±0.09915T·pX（正、负号对应阴、阳离子）
上式中0.1983T和0.09915T这一项称为电极的理论斜率S0。它表示离子活度ax变化一个数量级时（即pX变化一个单位）Ex值的变化。在20℃时分别为58.16mV（一价离子）和29.08mV（二价离子）实际上只有几种电极斜率与理论值相符。大多数电极的实际斜率往往比这个值低。还有少数电极实际斜率比这个理论值稍高。而且，在不同的体系中电极的斜率也有差异。电极使用一段时间后，斜率也有变化，所以仪器中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。
当溶液中总离子强度保持不变，活度系数为常数时，则方程还可进一步演变为：
Ex＝E0±0.1983 lgf·Cx＝E0’±0.1983T·lgCx和Ex＝E0”±0.09915T·lgCx即Ex和lgCx有一一对应的关系。
在pX的测量中，仪器可以加一“定位”信号。把电极信号中的E0（E0或E0’、E0”）“抵消”，这时：Ex’＝Ex - E0＝±SlgCx成了简单线性关系，测出Ex后即可知pX或lgCx的大小。
2．电路原理：
放大器：将电极系统对被测溶液的响应值转变成相应信号值，送到A／D转换器。
A／D转换器：将模拟信号转变成数字信号，由显示器显示测量结果。
斜率调节器：调节电极斜率使之符合理论斜率值。
温度补偿器：补偿不同温度对测量结果的影响。
定位调节器：调节定位调节器抵消能斯特方程中E0。
三、技术参数
1．主要技术参数：
（1）测量范围：mV：-1999mV～+1999mV
pH：0.00pH～14.00pH
pXⅠ/pXⅡ：-19.99pX～+19.99pX
（2）最小分度值：mV：1mV
pH：0.O1pH
pXⅠ/pXⅡ：0.01pX
（3）测量精度：mV：O.2％F·S±1个字
pH：0.O5pH±1个字
pXⅠ/pXⅡ：O.O5pX±1个字
（4）输入阻抗：≥1×1012Ω
2．外形尺寸：240mm×160mm×95mm
3．重量：1.2kg
4．功耗：＜5W
5．仪器可在下列环境条件下连续使用：
（1）环境温度：5℃～45℃，相对湿度＜85％
（2）电源：AC220V±22V，频率为50Hz±0.5Hz
（3）工作台无显著震动和工作场所除地球磁场外无外强电磁场干扰。
四、仪器组成
1．显示器——测量结果显示，符号在mV档极性自动切换，进行pX值测量时，符号显示与所测离子相对应，测阴离子时显示“+”，测阳离子显示“-”，例如进行pH值测量时，因H+为阳离子仪器显示“-”。
2．斜率调节器——用来补偿电极的实验Nemst斜率使其符合理论斜率，调节范围为理论值的80％～110％，若电极斜率符合理论斜率时，将斜率调节器旋至100％，此时斜率不起作用，在mV测量中也不起作用。
3．定位调节器——在pXⅠ／pXⅡ测量时调节此旋钮，可抵销Nemst方程中的E0，使测时标准化，或用来确定测量起始点，在“mV”档“定位”不起作用。
4．温度补偿器——根据被测溶液的温度相应调节补偿器使补偿器示值与液温一致。插入温度电极后，仪器就能自动进行温度补偿，温度调节电位器自动失效。
5．功能选择开关——“mV”电位测量，“pXⅠ”一价离子测量，“pXⅡ”二价离子测量。“T” 温度测量。
6．测量电极输入插座——被测信号从此输入。
7．参比电极接线柱——参比电极插头从此接入。
8．电源开关——开关向上为开，用于交流电控制。
9．电源插座——AC220V电源插座。
五、仪器安装使用
1、使用前的准备
（1将活化后的测量电极，参比电极装入升降架固定夹。
（2）接通电源，仪器预热。
2、mV值的测量
当需要直接测定电池电动势的毫伏值，或测量-1999mV～1999mV范围电压值，可在“mV”档进行。
（1） “功能选择”拨至mV待测状态下，“定位”、“斜率”、“温度补偿”均无作用。
（2） 旋下短路插头，将测量电极旋上输入插座并旋紧，同时将参比电极接入“参比接线柱” （若使用复合电极无须接入参比电极），并将它们移入被测溶液中，待仪器响应稳定后，显示值即为所测溶液的电位值。
3、pH值的测量
由于H+为一价离子，所以测pH“功能选择”拨至pXⅠ档，测量前必须先用pH标准缓冲液标定，选用pH1＝4.00，pH2＝9.2两种标准溶液进行两点定位，具体步骤如下：
（1） “功能选择”拨至置pXⅠ档。
（2）将温度调节器调至溶液温度。如需自动进行温度补偿，则插入温度电极。
（3）将清洗活化的电极移入pH1＝4.0pH标准溶液中，调节定位调节器，使仪器显示为“0.00”pH。（此时斜率电位器应顺时针旋到底）
（4）用去离子水清洗电极并用滤纸吸干后，移入pH2＝9.2 pH标准缓冲液中，待仪器响应后，调节斜率调节器，伎仪器显示△pX值为-5.2pH（△pX＝pH2-pH1＝-5.2pH），“斜率”调节旋钮固定此位，再调节定位调节器，使仪器显示-9.2pH。
（5）至此仪器标定结束，将电极清洗，擦干后，移入待测溶液，此时显示为该溶液的pH值。测量结束，旋下电极，清洗处理后待下次使用。
如果测量pH精度要求很高时，请注意修正标准缓冲溶液在当时溶液温度下的pH值。见附录。
4、pX的测量：
（1）按电极说明书要求，将电极进行活化，使其空白电位达到电极说明书的要求，操作方法按第五章第2条各步骤进行。
（2）将功能选择拨至被测离子价数相同的pXⅠ或pXⅡ档，其它操作方法参照pH测量。但要注意在定位时务必注意所测离子极性，阳离子定位和测量时对应“-”符号出现，阴离子定位和测量时对应“+”符号出现。实际仪器不显示符号时代表“+”号。pXⅠ档或pXⅡ档离子测量都应以“两点定位”为准。
测量完毕请拔去电源插头。
六、分析方法及分析步骤
1.化学试剂选择
（1）pH标准缓冲剂，选用市场上销售的成套pH缓冲试剂。
（2）选用优级纯氯化钾和碘化钾。
（3）无CO2高纯蒸馏水。
2.溶液配制
（1）pH标准缓冲液：将购买的成套的pH缓冲试剂分别溶于250mL无CO2的高纯蒸馏水的容量瓶中至刻度，即可分别得到4.00pH，6.86pH，9.18pH三种标准缓冲液。
（2）10-3mol/L标准KI溶液配制：取0.166g的优级纯碘化钾溶于1000mL的高纯蒸馏水的容量瓶中至刻度可得10-3mol/L KI溶液。10-5mol/L KI溶液和10-6mol/L KI溶液可由10-3mol/L KI溶液稀释得到。
（3）10-3mol/L标准KCl溶液配制：取0.075g纯氯化钾溶于1000mL高纯蒸馏水的容量瓶中至刻度可得10-3mol/L KCl标准溶液。10-4mol/L KCl溶液可由10-3mol/L KCl溶液稀释得到。
3．样品分析步骤：
示 范
我们进行的示范是采用非标准电极进行pX值的测量。
（1）所谓非标准电极，即电极的实际斜率（S）小于理论斜率的电极。（如碘电极等），大部分电极几乎都是非标准电极。
（2）当非标准电极的斜率是理论斜率的80％到100％时可以用斜率补偿进行校正。用非标准电极进行pX测量时。要用两种标准pX溶液（pXA、pXB）来进行定位斜率补偿，这两种标准溶液选择的原则是：样品溶液的pX值应在这两种标准pX溶液之间。这两种标准pX溶液的pX值应尽量接近样品溶液的pX值。且标准溶液中被测溶液的离子强度尽量一致。这里，△pX的符号由标准溶液的被测离子及pXA、pXB的值及符号来确定，一般应按下表来显示符号。
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