ph電極的工作原理（PH電極的特點和分類及用途）

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計上與被測物質接觸的部分，用來測電極電位的裝置。

二、PH電極的特點

1、采用先進的固體電介質和大面積聚四氟乙烯液接界。不易阻塞，維護方便。

2、長距離的參比擴散途徑，極大的延長了電極在惡劣環境中的使用壽命。

3、新型設計的玻璃球泡，增加了球泡面積，可防止內緩沖液中干擾氣泡的生成使測量更加可靠。

4、電極采用優質低噪音電纜線，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電極發明歷史上設計最經典、品質最出眾、適用范圍最廣的一款電極，適用于多種工業過程的測量。

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，這種電極維護量低，而且適合在要求嚴格的應用中進行在線測量，它可以在經歷數次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，采用了新式固體聚合物參比電解質，進行準確pH測量的同時使用壽命長，即使在最惡劣的工業環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，它的作用是使化學能轉換成電能，此電池的端電壓被稱為電極電位；此電位由兩個半電池構成，其中一個稱為測量電極，另一個稱為參比電極；此電位遵循能斯特方程：

對于氧化還原體系：

對于金屬電極，還原態是純金屬，其活度是常數，定為1，則上式可寫作：

式中：E—電極電位

E0—電極的標準電壓

R—氣體常數（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（96493庫化/當量）

n—被測離子的化合價（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傳導系統，如第二電極，導出。PH復合電極如圖

此電位差遵循能斯特公式：

式中R和F為常數，n為化合價，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行補償；而對于溫度＞30℃或＜20℃和pH值＞8pH或6pH的應用場合則必須對溫度變化進行補償。

內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，pH玻璃電極之所以能作為H+的指示電極，其主要作用體現在玻璃膜上。當玻璃電極浸入被測溶液時，玻璃膜處于內部溶液（αH+，內）和待測溶液（αH+，試）之間，這時跨越玻璃膜產生一電位差ΔEM（這種電位差稱為膜電位，下節討論），它與氫離子活度之間的關系符合能斯特公式：

　　當時，。但實際上，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），它是由玻璃膜內外表面情況不完全相同而產生的。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離子，一般都是基于內部溶液與外部溶液之間產生的電位差，即所謂膜電位。膜電位的產生是由于溶液中的離子與電極膜上的離子發生了交換作用的結果。以玻璃電極為例來說明。其要點如下：

玻璃電極在使用前要在純水中浸泡，離子交換理論認為，當玻璃電極浸入水溶液中時，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，只有當玻璃膜浸泡24小時以上后，才能完全形成并趨于穩定。其厚度很?。s為玻璃膜厚度的1/1000）。同樣，膜內表面與內參比溶液接觸，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+結合牢固不易交換），此交換反應可表示如下：

　　浸泡好的玻璃膜在膜與溶液的界面上存在如下離解平衡：

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

當浸泡好的玻璃膜進入待測試液時，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生移動，此時，就可能有額外的H+由溶液進入水化層，或有水化層轉入溶液，因而膜外層的固液界面上電荷分布不同，跨越膜的兩側界面的電勢差發生改變，這個改變與試液中的［H+］有關。

玻璃電極的構造如下圖