19 | 08 | 2018
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 3765
Просмотры материалов : 8805005

Коллеги
Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Google]
  • [Mail.Ru]
Сейчас на сайте:
  • 55 гостей
  • 3 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
измерения рН PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
17.06.2012 17:53

измерения рН

Очень важное измерение во многих жидких химических процессов (промышленные, фармацевтические, изготовление, производство продуктов питания и т.д.) в том, что рН: измерение концентрации ионов водорода в жидком растворе. Решение с низким значением рН называется "кислота", а один с высоким рН называется "Каустик". Общей шкале рН простирается от 0 (сильная кислота) до 14 (сильный едкий), с 7 в середине представляющих чистой воды (нейтраль):

рН определяется следующим образом: строчные буквы "р" рН обозначает отрицательный общий (базовый десяти) логарифм, а заглавную букву "H" стоит для элемента водорода. Таким образом, рН является логарифмической измерения количества родинок ионов водорода (Н +) на литр раствора. Кстати, "р" префикс используется также для других типов химических измерений, где логарифмическая шкала желательно, pCO2 (диоксид углерода) и рО2 (кислорода) являются двумя такими примерами.

Логарифмической шкалы рН работает следующим образом: решение с 10 -12 моль ионов Н + на литр имеет рН 12; решение с 10 -3 моль ионов Н + на литр имеет рН 3. Хотя очень редко, есть такая вещь, как кислота, рН измерения ниже 0 и каустика с рН выше 14. Такие решения, по понятным причинам весьма сосредоточен и очень реактивная.

В то время как рН можно измерить с помощью изменения цвета в определенных химических порошков («лакмусовой полоса" является известным примером из старших классов химии средней школы), непрерывный процесс мониторинга и контроля рН требуется более сложный подход. Наиболее распространенным подходом является использование специально подготовленных электродов разработаны, чтобы позволить ионов водорода в растворе, мигрировать через избирательный барьер, производя измеримый потенциал (напряжение) пропорциональна рН раствора:

Проектной и эксплуатационной теории рН электродов является очень сложной теме, изучить лишь кратко. Важно понимать, что эти два электрода генерировать напряжение прямо пропорционально рН раствора. При рН 7 (нейтральный), электроды будут производить 0 вольт между ними. При низком рН (кислота) напряжение будет разработан одной полярности, а при высоких значениях рН (каустика) напряжение будет разработана противоположной полярности.

Несчастный ограничение дизайн рН электродов является то, что один из них (так называемый измерительного электрода) должны быть изготовлены из специального стекла для создания ион-селективного барьера необходимо, чтобы отсеивать ионов водорода от всех других ионов, плавает в растворе. Это стекло является химически легированного ионами лития, что делает его реакции электрохимически для ионов водорода. Конечно, стекло не совсем то, что вы могли бы назвать "дирижером"; скорее, это очень хороший изолятор. Это представляет собой серьезную проблему, если наша цель заключается в измерении напряжения между двумя электродами. Схема пути от одного электрода контакт, через стекло барьер, через раствор, другим электродом, и обратно через контакт другого электрода, является одним из чрезвычайно высокой прочностью.

Другой электрод (так называемый электрод) состоит из химического раствора нейтрального (7) рН буферного раствора (обычно хлорид калия) позволили обмен ионов в процессе решения на основе пористого сепаратора, образуя относительно низким сопротивлением связи на тест жидкости. На первый взгляд, можно быть склонны спросить: почему бы не окунуться металлической проволоки в раствор, чтобы получить электрическое соединение с жидкостью? Причина этого не будет работать, потому что металлы, как правило, высокой реакционной способностью в ионных растворов и может привести к значительному напряжение на границе металл-контакта с жидкостью. Использование мокрых интерфейс химический с измеренным решения необходимо, чтобы избежать создания такого напряжения, что, конечно, было бы неправильно интерпретирована любой измерительный прибор, как и свидетельствуют о рН.

Вот иллюстрация строительства измерения электрода. Обратите внимание на тонкий, лития, легированных стеклянной мембраны, через которую рН напряжение создается:

Вот иллюстрация строительства ссылки электрода. Пористые соединения показано в нижней части электродов, где калий хлористый буфера и интерфейс технологической жидкости друг с другом:

Цель измерения электродов заключается в создании напряжения для измерения рН раствора. Это напряжение появляется на толщину стекла, размещение серебряной проволоки с одной стороны, напряжения и жидкий раствор с другой. Цель электрод является обеспечение стабильной, при нулевом напряжении связи с жидким раствором так, что полная схема может быть сделано для измерения напряжения стекло электрода. В то время как подключение электрода к исследуемой жидкости может быть только несколько кило-Ом, сопротивление стеклянного электрода может варьироваться от десяти до девятисот мега-ом, в зависимости от электрода дизайн! Будучи, что любое ток в этой цепи должны проходить через сопротивление обоих электродов (а сопротивление представленных испытание самой жидкости), эти сопротивления в ряд друг с другом и, следовательно, добавить, чтобы сделать еще больше общего.

Обычный аналоговый или цифровой вольтметр даже имеет слишком низкий внутреннего сопротивления для измерения напряжения в столь высокого сопротивления цепи. Эквивалентная схема типичной схеме датчик рН иллюстрирует проблему:

Даже очень небольшой ток проходя через высокое сопротивление каждого компонента в цепи (особенно стеклянные мембраны измерения электрода), будет производить достаточно существенное падение напряжения через эти сопротивления, значительно снижает напряжение видел по счетчику. Еще хуже то, что дифференциальное напряжение порожденных измерительного электрода очень мало, в диапазоне милливольт (в идеале 59,16 милливольт на рН на единицу при комнатной температуре). Метров для выполнения этой задачи должны быть очень чувствительны и имеют очень высокое входное сопротивление.

Наиболее распространенным решением этой проблемы измерения является использование усиливается метров с чрезвычайно высоким внутренним сопротивлением для измерения напряжения на электродах, чтобы привлечь как маленький ток через цепь насколько это возможно. В современных полупроводниковых компонентов, вольтметр с входным сопротивлением до 10 17 Ω может быть построен без особых затруднений. Другой подход, редко встречается в современном использовании, заключается в использовании потенциометрического "нулевой баланс" напряжение установка измерения для измерения этого напряжения, не делая никаких ток от тестируемой цепи. Если специалист хотел проверить напряжение между парой электродов рН, это, вероятно, будет наиболее практичным средством таким образом, используя только стандартное оборудование настольного замер:

Как обычно, точность напряжения питания будут скорректированы на технику до детектора нуля зарегистрировано нулю, то вольтметр параллельно с поставками будет рассматриваться для получения напряжения чтении. С детектором "Nulled" (регистрации равна нулю), то должна быть равна нулю тока в цепи электрод рН, и, следовательно, нет напряжения упал через сопротивление или электрод, дающий реальные напряжение электрода на вольтметр терминалов.

Подключение требования к рН электродов, как правило, даже более серьезными, чем термопары проводка, требующая очень чистые соединения и коротких расстояниях провода (10 м или менее, даже с позолоченными контактами и экранированный кабель) для точного и надежного измерения. Как с помощью термопар, однако, недостатки электрод измерения рН компенсируется преимуществами: высокой точности и относительной технической простоте.

Несколько инструментальных технологий внушает благоговение и мистика командованием измерения рН, потому что это так широко не понял и трудно решаемых проблем. Без разработки на точное химии измерения рН, несколько слов о мудрости могут быть предоставлены здесь о системах измерения рН:

  • Все рН электроды имеют ограниченный срок службы, и что продолжительность жизни сильно зависит от типа и тяжести службы. В некоторых случаях, жизнь рН электрод одного месяца может быть рассмотрен в длину, и в других приложениях тот же электрод (ы) может быть как ожидается, продлится в течение года.
  • Поскольку стекло (измерения) электрода отвечает за генерацию рН-пропорциональной напряжению, это один считаться подозреваемым, если измерительная система не в состоянии генерировать достаточные изменения напряжения при заданном изменении рН (около 59 милливольт на рН на единицу) или не в состоянии быстро реагировать достаточно быстро изменений в тестовом рН жидкости.
  • Если система измерения рН "дрейфует", создавая смещение ошибки, проблема действительно лежит на электрод, который должен обеспечить нулевое напряжение связи с измеряемой решение.
  • Поскольку измерения рН является логарифмической представление концентрации ионов, есть невероятный диапазон рабочих условий, представленных в, казалось бы, простой 0-14 шкалы рН. Кроме того, в связи с нелинейным характером логарифмической шкале, изменение рН 1 в верхней части (скажем, от 12 до 13 рН), не является таким же количеством химических изменений активности как изменение рН 1 в нижней части (скажем, от 2 до 3 рН). Система управления инженеров и техников, должен знать эту динамику, если мы хотим иметь хоть какую-то надежду управления процессом рН при стабильной стоимости.
  • Следующие условия являются опасными для измерения (стекло) электродов: высокие температуры, экстремальные уровни рН (или кислая или щелочная), высокая концентрация ионов в жидкости, истиранию, плавиковой кислоте в жидкости (HF кислота растворяет стекло!), И любые материального покрытия на поверхность стекла.
  • Изменения температуры в измеряемой жидкости влияют как реакция измерительного электрода к данному уровень рН (в идеале на 59 мВ на единицу рН), а фактическая рН жидкости. Устройства измерения температуры может быть вставлен в жидкость, и сигналы от устройств, используемых для компенсации влияния температуры на измерения рН, но это будет лишь компенсировать мВ измерения электрода / рН ответ, а не фактическое изменение рН процесса жидкость!

Достижения все еще делаются в области измерения рН, некоторые из которых весьма перспективны для преодоления традиционных ограничений рН электродов. Одна из таких технологий используется устройство под названием полевой транзистор с электростатическим измерения напряжения производится с помощью ионно-мембраны, а не мерой напряжения с фактическим схема вольтметра. Хотя эта технология таит в себе ограничения своей, это по крайней мере новаторской концепцией, и может оказаться более практичной на более поздний срок.

  • ОБЗОР:
  • рН представление активности ионов водорода в жидкости. Это отрицательный логарифм количества ионов водорода (в молях) на литр жидкости. Таким образом: 10 -11 моль ионов водорода в 1 л жидкости рН = 11. 10 -5,3 моль ионов водорода в 1 л жидкости рН = 5,3.
  • Основные шкалы рН простирается от 0 (сильная кислота) до 7 (нейтральная, чистая вода) до 14 (сильный едкий). Химические растворы с рН ниже нуля и выше 14 возможно, но редко.
  • рН может быть измерена с помощью измерения напряжения, возникающего между двумя специальными электродами, погруженными в жидкий раствор.
  • Один электрод, сделанный из специального стекла, называется измерением электрод. Это работа, чтобы создать небольшое напряжение пропорционально рН (в идеале 59,16 мВ на единицу рН).
  • Другой электрод (так называемый электрод) используются пористые соединения между измеряемой жидкости и стабильный, нейтральный буферный раствор рН (обычно хлорид калия), чтобы создать при нулевом напряжении электрического соединения с жидкостью. Это обеспечивает точка непрерывности для полной цепи, так что напряжение производится по толщине стекла в измерении электрод может быть измерена внешним вольтметром.
  • Чрезвычайно высокая устойчивость стекла измерения электродов мембранного обязательное использование вольтметр с очень большим внутренним сопротивлением, или нулевой баланс вольтметр для измерения напряжения.
 
Для тебя
Читай
Товарищи
Друзья