在线pH计/ORP计的核心测量原理都基于电化学传感技术,通过测量电极与待测溶液间产生的电动势来确定相应的参数。
⚡️测量原理总览
pH计和ORP计的测量基础都是化学中的能斯特方程(NernstEquation),它们都需要一对电极协同工作:
指示电极(IndicatorElectrode):对溶液中特定的离子活度或氧化还原电位敏感。
参比电极(ReferenceElectrode):提供一个恒定且已知的电势基准。
仪器通过测量这两个电极之间的电位差来进行换算和显示。
💧pH计:测量氢离子浓度
pH计用于测量溶液的酸碱度,即氢离子(H⁺)浓度的负对数。
核心部件
pH指示电极:通常采用玻璃电极。其球泡由特殊玻璃膜制成,对H⁺敏感。
参比电极:提供稳定的电位基准(如Ag/AgCl电极)。
温度补偿元件:用于校正温度对测量的影响。
工作原理
电位产生:当玻璃电极浸入溶液时,其球泡表面的水化凝胶层与溶液中的H⁺发生离子交换,在玻璃膜两侧形成一个与溶液pH值相关的膜电位。
电位测量:仪器测量pH指示电极与参比电极之间的电位差(E)。
换算显示:根据能斯特方程,在25℃下,电位差每变化约59.16mV,pH值就改变1个单位。仪器将此电位差换算成pH值并显示出来。
温度补偿
由于能斯特方程中的系数与温度(T)成正比,温度变化会直接影响测量结果。因此,pH计必须通过温度探头或手动输入温度值进行自动或手动温度补偿。
🔄ORP计:测量氧化还原电位
ORP(Oxidation-ReductionPotential)计用于衡量溶液的整体氧化还原能力,是一个相对强度指标。
核心部件
ORP指示电极:通常使用铂(Pt)或金(Au)等惰性金属电极。它不参与反应,仅作为电子转移的导体。
参比电极:提供稳定的电位基准(通常与pH计共用)。
工作原理
电位平衡:当ORP电极浸入溶液时,惰性金属表面会与溶液中的氧化态和还原态物质之间发生电子交换,最终达到一个动态平衡电位。
相对读数:这个平衡电位代表了溶液整体的氧化还原趋势,但本身没有绝对物理意义。因此,ORP计测量的是ORP电极相对于参比电极的电位差,并以毫伏(mV)为单位显示。
正负含义:
正电位(+):溶液倾向于氧化性(如含氯消毒剂、臭氧)。
负电位(-):溶液倾向于还原性(如含亚硫酸盐、亚铁离子)。
💡确保测量准确的关键点
定期校准:pH计需用标准缓冲液定期校准;ORP计需用标准氧化还原缓冲液(如Zobell溶液)校准。
保持清洁:及时清洗电极表面的污染物、生物膜或结垢,防止影响响应速度和准确性。
正确存储:pH玻璃电极长期不用时需干放;ORP电极通常保存在清水中。
避免损伤:搬运和安装时切勿磕碰玻璃电极的球泡或ORP电极的铂金表面。