純水和超純水pH值的測(cè)量
由于需要蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電或作為工廠的熱動(dòng)力等需要,電子半導(dǎo)體行業(yè)、火力發(fā)電和核電廠、石油化工、大型化工廠、冶金行業(yè)及大型造紙廠等越來越多地使用純水或超純水,水質(zhì)分析儀表(PH儀表)越來越多地用來進(jìn)行在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析,確保工藝生產(chǎn)的安全進(jìn)行,在線水質(zhì)分析儀表(PH儀表)顯得越來越重要。純水和超純水的PH值測(cè)量完全有別于普通的循環(huán)水和污水pH值測(cè)量,用在高濃度的溶液中表現(xiàn)良好的電極去測(cè)試純水/超純水水樣,測(cè)試結(jié)果是難以令人滿意的—響應(yīng)緩慢、示值漂移、重復(fù)性差、準(zhǔn)確度低等。美國的ASTM協(xié)會(huì)通過的標(biāo)準(zhǔn) 《Standard Test Methods for pH Mesurement of Water of Low Conductivity》 ( D5494一93),對(duì)純水/超純水的pH值測(cè)量的電極和方法等提出了嚴(yán)格的要求。
(1) 純水中測(cè)量pH值的特殊性。純水pH值的測(cè)量要想獲得一個(gè)比較滿意的結(jié)果,是一件比較困難的事情,特別是用常規(guī)的復(fù)合電極在實(shí)驗(yàn)室敞開式的測(cè)量更是如此。表現(xiàn)情況往往是響應(yīng)緩慢、示值漂移、重復(fù)性差、準(zhǔn)確度低等,原因如下。
① 由于純水中離子濃度非常低,而參比電極(PH電極)鹽橋溶液選擇高濃度3mol/L的KCl。兩者的濃度差較大,與它在普通溶液中的情況差別很大。在純水中會(huì)加大鹽橋溶液的滲透速度,促使鹽橋的損耗,從而加速了 K+和CI-的濃度的降低。引起液接界電位的變化和不穩(wěn)定,而Ag/AgCI參比電極本身的電位取決于Cl-的濃度。Cl-濃度發(fā)生了變化,其參比電極(PH電極)自身電位也會(huì)隨之變化,于是就使得示值漂移,特別是不能補(bǔ)充內(nèi)參比液的復(fù)合電極更會(huì)如此。
② 為了保證復(fù)合電極的pH零電位,鹽橋必須采用高濃度的KCI,同時(shí)為了防止Ag/AgCI鍍層被高濃度的KCl溶解,在鹽橋中又必須添加粉末狀的AgCI ,使鹽橋溶液波被AgCI飽和。但是根據(jù)前面的敘述,由于鹽橋溶液中KCI濃度的降低,原本溶解在其中的AgCl 過飽和而沉淀,從而堵塞液接界。
③ 純水很容易受到污染,在燒杯中敞開測(cè)量,很容易受到C02吸收的影響,pH值會(huì)不停下降。有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測(cè)量必須在一個(gè)特殊的裝置中密閉中進(jìn)行,但在一般實(shí)驗(yàn)室中難于實(shí)行。
④ pH值反映的是H+的活度(H+),而不是H+的濃度(H+),其關(guān)系為(H+)= f*[ H+]。f為H+的活度系數(shù)·它是由溶液中所有離子的總濃度決定,而不只取決于被測(cè)離子的濃度。理論上,純水中活度系數(shù)f等于1,但只要有其他離子存在,活度系數(shù)就要改變,pH值也就會(huì)改變,即pH值受溶液中總的離子濃度的影響,總離子濃度變化,pH值就要改變。
由于復(fù)合電極液接界很靠近pH敏感玻璃球泡,從液接界滲漏出的鹽橋溶液首先聚集在 敏感球泡周圍,改變了其附近的總離子濃度,由上述原因可知,使用測(cè)量值只是敏感球泡附 近的被改變了pH值。不能反映其真實(shí)的pH值。雖然采用攪拌或搖動(dòng)燒杯的方法可以改變這種情況,但實(shí)踐證明,攪拌速度不同,測(cè)試的值也會(huì)不一樣,同時(shí)攪拌或搖動(dòng)又會(huì)加速CO2的溶解,所以也不可取。
⑤ 由于玻璃電阻的內(nèi)阻很高,內(nèi)阻越高玻璃膜就越厚,其不對(duì)稱電位就會(huì)加大,電極(PH電極)的隋性也隨之加大,電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生就越趨于緩慢。同時(shí),由于純水是一種無緩沖作用的液體,與標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的性質(zhì)完全不同,在標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液中表現(xiàn)良好的電極一下子移至無緩沖性的純水中,電極電位的建立時(shí)間無疑就會(huì)變得遲緩。