TDS如何转PH值?
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发布时间：2022-05-01 12:52
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时间：2023-10-13 11:48
什么是TDS和PH值
PH测试笔广泛用于净水、自来水、生活用水及各种液体的酸碱度测试。PH值在7.0为中性，7.0以下为酸性，7.0以上为碱性。
TDS测试笔用于检测水中的总容解固体量（Total dissolved solids,TDS），以评价水质的纯净度。TDS值越小，说明水的纯净度越好。通俗的讲，TDS 值代表水中溶解物杂质含量，TDS 值越大，说明水中的杂质含量大，反之，杂质含量小。
水是宝贵的自然资源，工农业和生活用水不仅量大而且对它的质量也有严格的要求，对废水的排放也有一定的标准。如农业用水的pH值要求为4.5~9，饮用水的pH值为7~8.5，废水排放的pH值要求为6~9；医药工业用水要求电导率小于1μs/cm，微电子工业用水的电导率要求小于0.1μs/cm，因此对水质的测控是十分重要的。本文将对这些参数的测控进行介绍。 一 pH值的测控 pH值的测控广泛用于化工、制药、食品、环保等领域。目前，国际上的pH传感器可分为4大类。 1. 玻璃电极 玻璃电极是目前最稳定的离子敏器件，工业中应用的绝大部分都是这种器件。 其输出电压为： E=0.1984×(T+273.16)×(7－pH值) 由上式可知，pH值和输出电压成线性关系，因此测出E也可以知道pH值；同时pH值和温度T也有关，因此当进行高精确度测量时需要进行温度补偿。 对于一般的pH在线测试，国内外已有多种产品。然而在工业现场进行pH测试会遇到一些问题，其难点主要表现在： (1)要耐受高温； (2)工业现场污染严重，且干扰也大； (3)对浆状或黏度较高物质的测量； (4)测量高pH值； (5)测量高纯水； (6)测量含有氢氟酸的溶液。 高温主要体现在食品、发酵、医药工业的应用中，往往要对蒸煮罐进行蒸汽消毒。在这种情况下测量pH值，传感器需能耐受130℃左右的蒸汽，可采用特殊的可耐受高温消毒型pH传感器，如瑞士Metter-Toledo Instruments Inpro 3000/2500和我国中科院上海冶金所的90型高温消毒型pH测试系统。 为了解决高污染、高pH、高纯水的pH值测量的困难，国际上推出了一些新型传感器，如美国GLI International (大湖公司)的五线制差分电极，如图1所示。 由于采用双盐桥等新型结构，该传感器大幅度降低了污染的影响。pH电极抗干扰性差的原因是其高阻抗输出，而采用差分输出提高了抗共模干扰，且前置放大器的低输出阻抗使其传输距离可达914m。对于浆状、高黏度物质的pH测量则需采用平板结构的电极。 造成高pH值溶液测量难的原因，是尽管pH电极对于氢离子非常敏感，但相似的离子如锂、钠、钾等还有一定的干扰。其中钾离子的尺寸比氢离子大得多(如图2所示)，而锂离子一般不出现在被测溶液中，因此最主要的干扰来自钠离子。而高pH值的溶液中氢离子浓度非常低，当pH值大于12时，则氢离子浓度小于10－12，此时若存在氢氧化钠，其钠离子浓度约为10－2。如果电极玻璃对于氢离子的灵敏度和钠离子灵敏度之比小于1010，则钠离子的存在将对高pH值溶液的测量带来误差。一般的玻璃电极在进行高pH值的测量时，误差较大，且不稳定。而GLI采用受控分子蚀刻工艺制造的玻璃电极可以减少误差，且性能稳定，解决了高pH值测量的难题。 造成高纯水pH值测量的困难有3方面原因：(1)当两种物质接触时，界面会产生电动势。这种电动势是由溶液内离子迁移率的不同所引起的。液接面积小的参考电极更加强了该电动势；(2)高纯水导电性差，当高纯水流过绝缘体的管道时，会产生电荷和噪声而影响测量精确度；(3)高纯水暴露在大气内将吸收CO2，此时高纯水的pH值可降低至6.2。 解决这个问题可采用下列方法： (1)选用液接面积大的电极，以提供低阻抗、低电动势结。 (2)选用差分式pH电极，因其有良好的抗共模干扰性能，可以大幅度抑止噪声。 (3)高纯水必须流通，流速不能过大且必须恒定。被测水的温度最好为20~30℃，且需恒定。空气不允许进入水流中。 由于氢氟酸能腐蚀玻璃，所以当被测溶液中含有氢氟酸时，一般不采用玻璃电极，然而需要说明的是氟离子并不腐蚀玻璃，只有氢氟酸分子(HF)才腐蚀玻璃。而当pH值大于6时，HF分子态非常少，此时可用玻璃电极；当pH值小于6时，需采用钨电极。 2. 锑电极 锑电极在水中会发生电化学反应而产生电位，而此电位和溶液中氢离子的多少有关，也就是和pH值有关，因此测出锑电极的输出电压也就知道溶液的pH值。由于锑电极不受氢氟酸腐蚀，因此一般测量含有氢氟酸溶液的pH值时采用锑电极。然而锑电极也有下列特点*其应用： (1)电极的pH值线性范围仅为3 ~8，因此不能在此范围外使用。 (2)电极的输出受溶液中的氧化或还原剂的影响。 (3)含量为10－6级的铜、锡、铅等离子会使电极中毒而影响其使用。 (4)输出电压受温度影响，其温度系数为1~3mv/℃。 (5)使用后锑电极上会产生氧化膜而影响其精确度，在pH值为3~6时，此问题不大，因为酸会溶解该氧化物。一般须隔一段时间用砂纸打磨电极，但需注意锑是有毒的。 (6)电极输出受流速影响，测量时流速需恒定。 (7)输出受溶液中含氧量的影响，要得到正确的测量结果，须保持溶液中含氧量恒定。 (8)定标时需采用专用定标液。 鉴于以上特点，锑电极一般仅用于玻璃电极不适用的场合，如含氢氟酸的场合。 3. 离子敏场效应管(ISFET) 离子敏场效应管是一种半导体器件，相似于场效应管，仅对某种离子敏感。1983年国际市场出现了pH-ISFET，其特点是体积小，主要用于生物医学工程，如插入血管或放入胃管中。最近美国Honeywell公司推出的一种新型的工业用pH固体电极，采用了ISFET技术，其体积和一般工业用pH电极相似，具有不易破损、响应时间快等特点。 4. 光纤传感器 利用染料对pH敏感的特点而构成，其特点是体积小，耐高温(可达几百摄氏度)。主要缺点是测量pH值的范围小(如5~9、4~7)，当被测对象的pH值变化大时需更换传感头，主要用于生物医学工程，也有用于工业的报道(高温pH值测量)。 二 电导率的测试 电导率/电阻率是反映溶液中无机盐含量的一个重要指标。电导率和电阻率互成倒数，当水中含盐很少时用电阻率表示，当含盐较多时用电导率表示。电导率/电阻率的测控广泛用于微电子、制药、饮料、海水淡化等工业。需要指出的是利用电导率/电阻率测量可以推算出浓度，只要浓度和电导率/电阻率的关系是单值时(浓度低时，一般能满足此条件)，大部分的智能化电导率测试仪均能显示电导率和浓度。国内外已有多种电阻率/电导率测试仪可以满足一般需要。电导率/电阻率测试的难点在于高纯水和高电导率、高污染液体的测试。 (1)高纯水的电导率/电阻率的测控 这种测试一般采用接触式传感器。其实质是将一定几何形状的电极放入被测溶液，然后测量电极间溶液的电阻，可推算出被测溶液的电导率/电阻率。 两者之比称为电极常数，它仅与传感器的几何形状有关，是一个常数。为了达到测量的高精确度，一般电极间溶液的电阻应在10kΩ左右，所以不同量程的电阻率/电导率的测量应选用不同电极常数的传感器。一般当纯水的电导率小于1μs/cm和温度变化范围大时，测量有一定困难。其中一个重要原因是因为水的电导率温度系数并非恒定，高纯水的温度系数是严重的非线性，所以必须采用特殊的数学计算方法，也就是说必须采用智能化仪表，如美国Thornton和GLI等的产品。另一个测量的难点是定标，因为要制作低电导率(如0.1μs/cm)的标准液是非常不易的。但GLI公司通过计算和测试将传感的电极常数和温度系数精确求出并附在传感器上，这样只要将这两个常数输入至仪表中，就可以自动定标，实现“干定标”。 (2)高电导率、高污染电阻率的测试 由于接触式传感器的几何结构等原因，该传感器易受污染，易结水垢，因此不适合测量较脏的溶液。为此发展了一种新型的无电极传感器，其原理如图3所示。在线圈A中通以交流电流，而在线圈B中会接收到感应电流产生的信号，这个信号与液体的电导率成正比，因此测出该信号就可以知道电导率。这种传感器的结构不易结水垢，易于清洗，这也是它适用于测量高污染、高电阻率溶液的一个重要原因。为了达到精确测量，传感器中含有温度探头，这种传感器不适用于测量电导率小于100μs/cm的溶液。Foxboro、GLI等公司均有这种产品。
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饶歌 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-08-27 06:48:57 2楼
PH值/氧化反应电位/ORP/电导率的定义 PH值的定义： PH是拉丁文“Pons hydrogenii”一词的缩写(Pons=压强、压力hydrogenium=氢)，用来量度物质中氢离子的活性。这一活性直接关系到酸性、中性和碱性特性。水在化学上是中性的，但它不是没有离子。某些水分子自发地按照下式分解： H2O=H++OH- 通过质量作用定律应用于水分子分解的平衡，可以获得水的电离常数。KW=CH=10-7式中，当T=22℃时，KW=10-14，在中性溶液中，氢离子H+和氢氧根离子OH-的浓度都是10-7mol/l。如CH+=COH-=10-7，假如有过量的氢量子H+，则溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氢离子H+游离的物质。同样，如果氢离子H+并使OH-离子游离，那末溶液的特性，呈酸性或碱性。为了简化起见，只要给出氢离子值的负指数就行，即浓度为10-7mol/l氢离子，其负指数的值是7，用对数表示：-log10-7=7，因此，pH值是离子浓度以10为底的对数的负数：pH=-logCh+。 改变50M3的水的pH值，从pH2到pH3需要500l漂白剂。然而，从pH6到pH7只需要50l的漂白剂。 应用范围：养殖、环保、化工、实验室等工矿企事业单位 pH值测定法 电化学分析技术 利用物质的电化学性质，测定化学电池的电位、电流或电量的变化进行分析的方法称为电化学分析法。 电化学分析法有多种，如测定原电池电动势以求物质含量的分析方法称为电位法（potential method）或电位分析法；通过对电阻的测定以求物质含量的分析法称为电导法；而借助某些物理量的突变作为滴定分析终点的指示，则称为电容量分析法等。 电位分析法是利用电极电位和浓度之间的关系来确定物质含量的分析方法，表示电极电位的基本公式是能斯特方程式。由于单个电极电位的绝对值无法测量，在大多数情况下，电位法是基于测量原电池的电动势，构成电池的两个电极，一个电极的电位随待测离子浓度而变化，能指示待测离子浓度，称为指示电极；另一个电极的电位则不受试液组成变化的影响，具有较恒定的数值，称为参比电极。指示电极和参化电极共同浸入试液中，构成一个原电池，通过测定原电池的电动势，便可求得待测离子的浓度，这一方法亦称为直接电位法。 离子选择电极分析法是电位分析法中发展最为迅速、最活跃的分支。对某些离子测定的灵敏度可达10-6数量级。在许多情况下不破坏试液或不用进行复杂的预处理，对有色、浑浊溶液都可进行分析。 离子选择性电极分类 基于离子选择电极绝大多数都是膜电极这一事实，依据膜电位响应机制、膜的组成和结构，其分类如下：玻璃膜电极 玻璃膜电极属于刚性基质电极。敏感膜由玻璃材料制成。由于玻璃的组成不同，可制成H+、Na+、K+、Li+和Ag+等离子选择性电极 除另有规定外，水溶液的pH值应以玻璃电极为指示电极，用酸度计(KL-016)进行测定。酸度计应定期检定，使精密度和准确度符合要求。 一、仪器校准（定位）用的标准缓冲液 应使用标准缓冲物质配制，配制方法如下。 (1)草酸三氢钾标准缓冲液 精密称取在54±3℃干燥4～5小时的草酸三氢钾[KH3(C2O4)2·2H2O]12.61g，加水使溶解并稀释至1000ml。 (2)邻苯二甲酸氢钾标准缓冲液 精密称取在115±5℃干燥2～3小时的邻苯二甲酸氢钾[KHC8H4O4]10.12g，加水使溶解并稀释至1000ml。 (3)磷酸盐标准缓冲液(pH6.8) 精密称取在115±5℃干燥2～3小时的无水磷酸氢二钠3.533g与磷酸二氢钾3.387g，加水使溶解并稀释至1000ml。 (4)磷酸盐标准缓冲液(pH7.4) 精密称取在115±5℃干燥2～3小时的无水磷酸氢二钠4.303g与磷酸二氢钾1.179g，加水使溶解并稀释至1000ml。 (5)硼砂标准缓冲液 精密称取硼砂[Na2B4O7·10H2O]3.80g(注意：避免风化)，加水使溶解并稀释至1000ml，置聚乙烯塑料瓶中，密塞，避免与空气中二氧化碳接触。 标准缓冲液的pH值如下表。 二、注意事项 (1)测定前校准仪器时，应选择与供试液pH值接近的标准缓冲液。 (2)在测定时用标准缓冲液校正仪器后，应再用另一种pH值相差约3的标准缓冲液核对一次，误差不应超过±0.1。 (3)每次更换标准缓冲液或供试液前，应用水充分洗涤电极,然后将水吸尽，也可用所换的标准缓冲液或供试液洗涤。 (4)在测定高pH值的供试品时，应注意碱误差的问题,必要时选用适用的玻璃电极测定。 (5)对弱缓冲液（如水）的pH值测定,先用邻苯二甲酸氢钾标准缓冲液校正仪器后测定供试液，并重取供试液再测,直至pH值的读数在1分钟内改变不超过±0.05为止；然后再用硼砂标准缓冲液校正仪器，再如上法测定；二次pH值的读数相差应不超过0.1,取二次读数的平均值为其pH值。 (6)配制标准缓冲液与溶解供试品的水，应是新沸过的冷蒸馏水，其pH值应为5.5～7.0。 (7)标准缓冲液一般可保存2～3个月，但发现有浑浊、发霉或沉淀等现象时,不能继续使用。 PH计正确使用与维护 酸度计简称pH计，由电极和电计两部分组成。使用中若能够合理维护电极、按要求配制标准缓冲液和正确操作电计,可大大减小pH示值误差，从而提高化学实验、医学检验数据的可靠性。 一、正确使用与保养电极 目前实验室使用的电极都是复合电极，其优点是使用方便，不受氧化性或还原性物质的影响，且平衡速度较快。使用时，将电极加液口上所套的橡胶套和下端的橡皮套全取下，以保持电极内氯化钾溶液的液压差。下面就把电极的使用与维护简单作一介绍： ⒈复合电极不用时，可充分浸泡3M氯化钾溶液中。切忌用洗涤液或其他吸水性试剂浸洗。 ⒉使用前，检查玻璃电极前端的球泡。正常情况下，电极应该透明而无裂纹；球泡内要充满溶液，不能有气泡存在。 ⒊测量浓度较大的溶液时，尽量缩短测量时间，用后仔细清洗，防止被测液粘附在电极上而污染电极。 ⒋清洗电极后，不要用滤纸擦拭玻璃膜，而应用滤纸吸干, 避免损坏玻璃薄膜、防止交叉污染，影响测量精度。 ⒌测量中注意电极的银—氯化银内参比电极应浸入到球泡内氯化物缓冲溶液中，避免电计显示部分出现数字乱跳现象。使用时，注意将电极轻轻甩几下。 ⒍电极不能用于强酸、强碱或其他腐蚀性溶液。 ⒎严禁在脱水性介质如无水乙醇、重铬酸钾等中使用。 二、标准缓冲液的配制及其保存 ⒈pH标准物质应保存在干燥的地方，如混合磷酸盐pH标准物质在空气湿度较大时就会发生潮解,一旦出现潮解,pH标准物质即不可使用。 ⒉配制pH标准溶液应使用二次蒸馏水或者是去离子水。如果是用于0.1级pH计测量，则可以用普通蒸馏水。 ⒊配制pH标准溶液应使用较小的烧杯来稀释，以减少沾在烧杯壁上的pH标准液。存放pH标准物质的塑料袋或其它容器，除了应倒干净以外，还应用蒸馏水多次冲洗，然后将其倒入配制的pH标准溶液中，以保证配制的pH标准溶液准确无误。 ⒋配制好的标准缓冲溶液一般可保存2—3个月，如发现有浑浊、发霉或沉淀等现象时，不能继续使用。 ⒌碱性标准溶液应装在聚乙烯瓶中密闭保存。防止二氧化碳进入标准溶液后形成碳酸，降低其pH值。 三、pH计的正确校准 pH计因电计设计的不同而类型很多，其操作步骤各有不同，因而pH计的操作应严格按照其使用说明书正确进行。在具体操作中，校准是pH计使用操作中的一重要步骤。表1的数据是精度为0.01级、经过计量检定合格的pH计在未校准时与校准后的测量值，从中可以看出校准的重要性。 标准pH 校准前误差（pH） 校准后误差（pH） 13.000 00.0600 00.0000 12.000 00.0450 00.0005 11.000 00.0500 00.0010 10.000 00.0300 00.0000 9.000 00.0200 00.0005 8.000 00.010 00.0005 7.000 00.0015 00.0000 6.000 -00.0100 -00.0005 5.000 -00.0105 00.0005 4.000 00.0150 00.0000 3.000 -00.0300 00.0000 2.000 -00.0200 -00.0003 1.000 -00.0350 -00.0001 尽管pH计种类很多，但其校准方法均采用两点校准法，即选择两种标准缓冲液：一种是pH7标准缓冲液，第二种是pH9标准缓冲液或pH4标准缓冲液。先用pH7标准缓冲液对电计进行定位，再根据待测溶液的酸碱性选择第二种标准缓冲液。如果待测溶液呈酸性，则选用pH4标准缓冲液；如果待测溶液呈碱性，则选用pH9标准缓冲液。若是手动调节的pH计，应在两种标准缓冲液之间反复操作几次，直至不需再调节其零点和定位（斜率）旋钮，pH计即可准确显示两种标准缓冲液pH值。则校准过程结束。此后，在测量过程中零点和定位旋钮就不应再动。若是智能式pH计，则不需反复调节，因为其内部已贮存几种标准缓冲液的pH值可供选择、而且可以自动识别并自动校准。但要注意标准缓冲液选择及其配制的准确性。智能式0.01级pH计一般内存有三至五种标准缓冲液pH值，如科立龙公司的KL-016型pH计等。 其次，在校准前应特别注意待测溶液的温度。以便正确选择标准缓冲液,并调节电计面板上的温度补偿旋钮,使其与待测溶液的温度一致。不同的温度下，标准缓冲溶液的pH值是不一样的。如表2所示： 温度（℃） pH7 pH4 pH9.2 10 6.92 4.00 9.33 15 6.90 4.00 9.28 20 6.86 4.00 9.18 25 6.86 4.00 9.18 30 6.85 4.01 9.14 40 6.84 4.03 9.01 50 6.83 4.06 9.02 50 6.83 4.06 9.02 校准工作结束后，对使用频繁的pH计一般在48小时内仪器不需再次定标。如遇到下列情况之一，仪器则需要重新标定： ⑴溶液温度与定标温度有较大的差异时. ⑵电极在空气中暴露过久，如半小时以上时. ⑶定位或斜率调节器被误动； ⑷测量过酸（pH＜2）或过碱（pH＞12）的溶液后； ⑸换过电极后； ⑹当所测溶液的pH值不在两点定标时所选溶液的中间，且距7pH又较远时。 氧化反应电位(又称ORP)的定义 氧化反应电位(又称ORP)是物质氧化或还原性质的一种表示。标准状态下，用可接受或释放电子的金属电极，即可测定该值。金属电极可以使用铂或金(Pt或Au)。电极材料必须是不与待测物质发生反应的惰性金属。如果水溶液中含有氧化剂或还原剂，那末电子就进行交换。 在酸/碱反应中是氢离子H+的交换，而在其它化学反应中是电子的交换。 上述过程简称还原和氧化，即氧化和还原反应，氧化还原对于净化时去除氰化物，铬酸盐，亚*盐非常重要。凡是能释放一个或多个电子的物质称之为还原剂，获得电子的是氧化剂。因此，在还原反应中电子数目增加，在氧化反应中电子数目减少。 电导率是物质传送电流的能力，是电阻率的倒数。在液体中常以电阻的倒数——电导来衡量其导电能力的大小。水的电导是衡量水质的一个很重要的指标。它能反映出水中存在的电解质的程度。根据水溶液中电解质的浓度不同，则溶液导电的程度也不同。通过测定溶液的导电度来分析电解质在溶解中的溶解度。这就是电导仪的基本分析方法。 溶液的电导率与离子的种类有关。同样浓度电解质，它们的电导率也不一样。通常是强酸的电导率最大，强碱和它与强酸生成的盐类次之，而弱酸和弱碱的电导率最小。因此，通过对水的电导的测定，对水质的概况就有了初步的了解 电导率 电阻率的倒数即称之为电导率L。在液体中常以电阻的倒数——电导来衡量其导电能力的大小。电导L的计算式如下式所示： L=l/R=S/l 电导的单位用姆欧又称西门子。用S表示，由于S单位太大。常采用毫西门子，微西门子单位1S=103mS=106μS。 当量电导 液体的电导仅说明溶液的导电性能与几何尺寸间的关系，未体现出溶液浓度与电性能的关系。为了能区分各种介质组成溶液的导电性能，必须在电导率的要领 引入浓度的关系，这就提出了当量电导的概念。 所谓的当量电导就是指把1g当量电解质的溶液全部置于相距为1cm的两板间的溶液的电导，符号“λ”。由于在电导率的基础上引入了浓度的概念。因此各种水溶液的导电来表示和比较了。 在水质监测中，一般通过对溶液电导的测量可掌握水中所溶解的总无机盐类的浓度指标。 温度对电导的影响 溶液的电阻是随温度升高而减小，即溶液的浓度一定时，它的电导率随着温度的升高而增加，其增加的幅度约为2%℃-1。另外同一类的电解质，当浓度不同时，它的温度系数也不一样。在低浓度时，电导率的温度之间的关系用下式表示： L1=L0[1+α(t-t0)+β(t-t0)2]由于第二项β(t-t0)2之值较小，可忽略不计。在低温时的电导率与温度的关系可用以下近似值L1=L0[1+α(t-t0)]表示，因此实际测量时必须加入温度补偿。 电导的温度系数 对于大多数离子，电导率的温度系数大约为+1.4%℃-1～3%℃-1对于H+和OH-离子，电导率温度系数分别为1.5%℃-1和 1.8%℃-1，这个数值相对于电导率测量的准确度要求，一般为1%或优于1%，是不容忽视的。 纯水的电导率 即使在纯水中也存在着H+和OH-两种离子，经常说，纯水是电的不良导体，但是严格地说水仍是一种很弱的电解质，它存在如下的电离平衡： H2O←→H++OH或2H2O←→H3+O+OH- 其平衡常数： KW=[H+].[OH-]/H2O=10-14 式中KW称为水的离子积 [H+]2=[OH-]2=10-14 ∴[H+]2=[OH-]2=10-7 lH2O,0=λOH-,0=349.82+198.6 =548.42S/cm.mol2 已知水的密度d25℃/H2O=0.9970781cm3 故原有假设为1的水分离子浓度只能达到0.99707。实际上是仅0.99707份额的水离解成0.99707.10-7的[H+]和[OH-]，那么离解后的[H+]和[OH-]电导率的总和KH2O用下式求出： KH2O=CM/1000λH2O =(0.99707.10-7/1000).548.42 =0.05468μS.cm-1≈0.054μS.cm-1 ∴ρH2O=1/KH2O=1/0.05468×10-9 =18.29(MΩ.cm)≈18.3(MΩ.cm) 由水的离子积为10-14可推算出理论上的高纯水的极限电导为0.0547μS.cm-1，电阻为
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什么是TDS和PH值
PH测试笔广泛用于净水、自来水、生活用水及各种液体的酸碱度测试。PH值在7.0为中性，7.0以下为酸性，7.0以上为碱性。
TDS测试笔用于检测水中的总容解固体量（Total dissolved solids,TDS），以评价水质的纯净度。TDS值越小，说明水的纯净度越好。通俗的讲，TDS 值代表水中溶解物杂质含量，TDS 值越大，说明水中的杂质含量大，反之，杂质含量小。
水是宝贵的自然资源，工农业和生活用水不仅量大而且对它的质量也有严格的要求，对废水的排放也有一定的标准。如农业用水的pH值要求为4.5~9，饮用水的pH值为7~8.5，废水排放的pH值要求为6~9；医药工业用水要求电导率小于1μs/cm，微电子工业用水的电导率要求小于0.1μs/cm，因此对水质的测控是十分重要的。本文将对这些参数的测控进行介绍。 一 pH值的测控 pH值的测控广泛用于化工、制药、食品、环保等领域。目前，国际上的pH传感器可分为4大类。 1. 玻璃电极 玻璃电极是目前最稳定的离子敏器件，工业中应用的绝大部分都是这种器件。 其输出电压为： E=0.1984×(T+273.16)×(7－pH值) 由上式可知，pH值和输出电压成线性关系，因此测出E也可以知道pH值；同时pH值和温度T也有关，因此当进行高精确度测量时需要进行温度补偿。 对于一般的pH在线测试，国内外已有多种产品。然而在工业现场进行pH测试会遇到一些问题，其难点主要表现在： (1)要耐受高温； (2)工业现场污染严重，且干扰也大； (3)对浆状或黏度较高物质的测量； (4)测量高pH值； (5)测量高纯水； (6)测量含有氢氟酸的溶液。 高温主要体现在食品、发酵、医药工业的应用中，往往要对蒸煮罐进行蒸汽消毒。在这种情况下测量pH值，传感器需能耐受130℃左右的蒸汽，可采用特殊的可耐受高温消毒型pH传感器，如瑞士Metter-Toledo Instruments Inpro 3000/2500和我国中科院上海冶金所的90型高温消毒型pH测试系统。 为了解决高污染、高pH、高纯水的pH值测量的困难，国际上推出了一些新型传感器，如美国GLI International (大湖公司)的五线制差分电极，如图1所示。 由于采用双盐桥等新型结构，该传感器大幅度降低了污染的影响。pH电极抗干扰性差的原因是其高阻抗输出，而采用差分输出提高了抗共模干扰，且前置放大器的低输出阻抗使其传输距离可达914m。对于浆状、高黏度物质的pH测量则需采用平板结构的电极。 造成高pH值溶液测量难的原因，是尽管pH电极对于氢离子非常敏感，但相似的离子如锂、钠、钾等还有一定的干扰。其中钾离子的尺寸比氢离子大得多(如图2所示)，而锂离子一般不出现在被测溶液中，因此最主要的干扰来自钠离子。而高pH值的溶液中氢离子浓度非常低，当pH值大于12时，则氢离子浓度小于10－12，此时若存在氢氧化钠，其钠离子浓度约为10－2。如果电极玻璃对于氢离子的灵敏度和钠离子灵敏度之比小于1010，则钠离子的存在将对高pH值溶液的测量带来误差。一般的玻璃电极在进行高pH值的测量时，误差较大，且不稳定。而GLI采用受控分子蚀刻工艺制造的玻璃电极可以减少误差，且性能稳定，解决了高pH值测量的难题。 造成高纯水pH值测量的困难有3方面原因：(1)当两种物质接触时，界面会产生电动势。这种电动势是由溶液内离子迁移率的不同所引起的。液接面积小的参考电极更加强了该电动势；(2)高纯水导电性差，当高纯水流过绝缘体的管道时，会产生电荷和噪声而影响测量精确度；(3)高纯水暴露在大气内将吸收CO2，此时高纯水的pH值可降低至6.2。 解决这个问题可采用下列方法： (1)选用液接面积大的电极，以提供低阻抗、低电动势结。 (2)选用差分式pH电极，因其有良好的抗共模干扰性能，可以大幅度抑止噪声。 (3)高纯水必须流通，流速不能过大且必须恒定。被测水的温度最好为20~30℃，且需恒定。空气不允许进入水流中。 由于氢氟酸能腐蚀玻璃，所以当被测溶液中含有氢氟酸时，一般不采用玻璃电极，然而需要说明的是氟离子并不腐蚀玻璃，只有氢氟酸分子(HF)才腐蚀玻璃。而当pH值大于6时，HF分子态非常少，此时可用玻璃电极；当pH值小于6时，需采用钨电极。 2. 锑电极 锑电极在水中会发生电化学反应而产生电位，而此电位和溶液中氢离子的多少有关，也就是和pH值有关，因此测出锑电极的输出电压也就知道溶液的pH值。由于锑电极不受氢氟酸腐蚀，因此一般测量含有氢氟酸溶液的pH值时采用锑电极。然而锑电极也有下列特点*其应用： (1)电极的pH值线性范围仅为3 ~8，因此不能在此范围外使用。 (2)电极的输出受溶液中的氧化或还原剂的影响。 (3)含量为10－6级的铜、锡、铅等离子会使电极中毒而影响其使用。 (4)输出电压受温度影响，其温度系数为1~3mv/℃。 (5)使用后锑电极上会产生氧化膜而影响其精确度，在pH值为3~6时，此问题不大，因为酸会溶解该氧化物。一般须隔一段时间用砂纸打磨电极，但需注意锑是有毒的。 (6)电极输出受流速影响，测量时流速需恒定。 (7)输出受溶液中含氧量的影响，要得到正确的测量结果，须保持溶液中含氧量恒定。 (8)定标时需采用专用定标液。 鉴于以上特点，锑电极一般仅用于玻璃电极不适用的场合，如含氢氟酸的场合。 3. 离子敏场效应管(ISFET) 离子敏场效应管是一种半导体器件，相似于场效应管，仅对某种离子敏感。1983年国际市场出现了pH-ISFET，其特点是体积小，主要用于生物医学工程，如插入血管或放入胃管中。最近美国Honeywell公司推出的一种新型的工业用pH固体电极，采用了ISFET技术，其体积和一般工业用pH电极相似，具有不易破损、响应时间快等特点。 4. 光纤传感器 利用染料对pH敏感的特点而构成，其特点是体积小，耐高温(可达几百摄氏度)。主要缺点是测量pH值的范围小(如5~9、4~7)，当被测对象的pH值变化大时需更换传感头，主要用于生物医学工程，也有用于工业的报道(高温pH值测量)。 二 电导率的测试 电导率/电阻率是反映溶液中无机盐含量的一个重要指标。电导率和电阻率互成倒数，当水中含盐很少时用电阻率表示，当含盐较多时用电导率表示。电导率/电阻率的测控广泛用于微电子、制药、饮料、海水淡化等工业。需要指出的是利用电导率/电阻率测量可以推算出浓度，只要浓度和电导率/电阻率的关系是单值时(浓度低时，一般能满足此条件)，大部分的智能化电导率测试仪均能显示电导率和浓度。国内外已有多种电阻率/电导率测试仪可以满足一般需要。电导率/电阻率测试的难点在于高纯水和高电导率、高污染液体的测试。 (1)高纯水的电导率/电阻率的测控 这种测试一般采用接触式传感器。其实质是将一定几何形状的电极放入被测溶液，然后测量电极间溶液的电阻，可推算出被测溶液的电导率/电阻率。 两者之比称为电极常数，它仅与传感器的几何形状有关，是一个常数。为了达到测量的高精确度，一般电极间溶液的电阻应在10kΩ左右，所以不同量程的电阻率/电导率的测量应选用不同电极常数的传感器。一般当纯水的电导率小于1μs/cm和温度变化范围大时，测量有一定困难。其中一个重要原因是因为水的电导率温度系数并非恒定，高纯水的温度系数是严重的非线性，所以必须采用特殊的数学计算方法，也就是说必须采用智能化仪表，如美国Thornton和GLI等的产品。另一个测量的难点是定标，因为要制作低电导率(如0.1μs/cm)的标准液是非常不易的。但GLI公司通过计算和测试将传感的电极常数和温度系数精确求出并附在传感器上，这样只要将这两个常数输入至仪表中，就可以自动定标，实现“干定标”。 (2)高电导率、高污染电阻率的测试 由于接触式传感器的几何结构等原因，该传感器易受污染，易结水垢，因此不适合测量较脏的溶液。为此发展了一种新型的无电极传感器，其原理如图3所示。在线圈A中通以交流电流，而在线圈B中会接收到感应电流产生的信号，这个信号与液体的电导率成正比，因此测出该信号就可以知道电导率。这种传感器的结构不易结水垢，易于清洗，这也是它适用于测量高污染、高电阻率溶液的一个重要原因。为了达到精确测量，传感器中含有温度探头，这种传感器不适用于测量电导率小于100μs/cm的溶液。Foxboro、GLI等公司均有这种产品。
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饶歌 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于：2010-08-27 06:48:57 2楼
PH值/氧化反应电位/ORP/电导率的定义 PH值的定义： PH是拉丁文“Pons hydrogenii”一词的缩写(Pons=压强、压力hydrogenium=氢)，用来量度物质中氢离子的活性。这一活性直接关系到酸性、中性和碱性特性。水在化学上是中性的，但它不是没有离子。某些水分子自发地按照下式分解： H2O=H++OH- 通过质量作用定律应用于水分子分解的平衡，可以获得水的电离常数。KW=CH=10-7式中，当T=22℃时，KW=10-14，在中性溶液中，氢离子H+和氢氧根离子OH-的浓度都是10-7mol/l。如CH+=COH-=10-7，假如有过量的氢量子H+，则溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氢离子H+游离的物质。同样，如果氢离子H+并使OH-离子游离，那末溶液的特性，呈酸性或碱性。为了简化起见，只要给出氢离子值的负指数就行，即浓度为10-7mol/l氢离子，其负指数的值是7，用对数表示：-log10-7=7，因此，pH值是离子浓度以10为底的对数的负数：pH=-logCh+。 改变50M3的水的pH值，从pH2到pH3需要500l漂白剂。然而，从pH6到pH7只需要50l的漂白剂。 应用范围：养殖、环保、化工、实验室等工矿企事业单位 pH值测定法 电化学分析技术 利用物质的电化学性质，测定化学电池的电位、电流或电量的变化进行分析的方法称为电化学分析法。 电化学分析法有多种，如测定原电池电动势以求物质含量的分析方法称为电位法（potential method）或电位分析法；通过对电阻的测定以求物质含量的分析法称为电导法；而借助某些物理量的突变作为滴定分析终点的指示，则称为电容量分析法等。 电位分析法是利用电极电位和浓度之间的关系来确定物质含量的分析方法，表示电极电位的基本公式是能斯特方程式。由于单个电极电位的绝对值无法测量，在大多数情况下，电位法是基于测量原电池的电动势，构成电池的两个电极，一个电极的电位随待测离子浓度而变化，能指示待测离子浓度，称为指示电极；另一个电极的电位则不受试液组成变化的影响，具有较恒定的数值，称为参比电极。指示电极和参化电极共同浸入试液中，构成一个原电池，通过测定原电池的电动势，便可求得待测离子的浓度，这一方法亦称为直接电位法。 离子选择电极分析法是电位分析法中发展最为迅速、最活跃的分支。对某些离子测定的灵敏度可达10-6数量级。在许多情况下不破坏试液或不用进行复杂的预处理，对有色、浑浊溶液都可进行分析。 离子选择性电极分类 基于离子选择电极绝大多数都是膜电极这一事实，依据膜电位响应机制、膜的组成和结构，其分类如下：玻璃膜电极 玻璃膜电极属于刚性基质电极。敏感膜由玻璃材料制成。由于玻璃的组成不同，可制成H+、Na+、K+、Li+和Ag+等离子选择性电极 除另有规定外，水溶液的pH值应以玻璃电极为指示电极，用酸度计(KL-016)进行测定。酸度计应定期检定，使精密度和准确度符合要求。 一、仪器校准（定位）用的标准缓冲液 应使用标准缓冲物质配制，配制方法如下。 (1)草酸三氢钾标准缓冲液 精密称取在54±3℃干燥4～5小时的草酸三氢钾[KH3(C2O4)2·2H2O]12.61g，加水使溶解并稀释至1000ml。 (2)邻苯二甲酸氢钾标准缓冲液 精密称取在115±5℃干燥2～3小时的邻苯二甲酸氢钾[KHC8H4O4]10.12g，加水使溶解并稀释至1000ml。 (3)磷酸盐标准缓冲液(pH6.8) 精密称取在115±5℃干燥2～3小时的无水磷酸氢二钠3.533g与磷酸二氢钾3.387g，加水使溶解并稀释至1000ml。 (4)磷酸盐标准缓冲液(pH7.4) 精密称取在115±5℃干燥2～3小时的无水磷酸氢二钠4.303g与磷酸二氢钾1.179g，加水使溶解并稀释至1000ml。 (5)硼砂标准缓冲液 精密称取硼砂[Na2B4O7·10H2O]3.80g(注意：避免风化)，加水使溶解并稀释至1000ml，置聚乙烯塑料瓶中，密塞，避免与空气中二氧化碳接触。 标准缓冲液的pH值如下表。 二、注意事项 (1)测定前校准仪器时，应选择与供试液pH值接近的标准缓冲液。 (2)在测定时用标准缓冲液校正仪器后，应再用另一种pH值相差约3的标准缓冲液核对一次，误差不应超过±0.1。 (3)每次更换标准缓冲液或供试液前，应用水充分洗涤电极,然后将水吸尽，也可用所换的标准缓冲液或供试液洗涤。 (4)在测定高pH值的供试品时，应注意碱误差的问题,必要时选用适用的玻璃电极测定。 (5)对弱缓冲液（如水）的pH值测定,先用邻苯二甲酸氢钾标准缓冲液校正仪器后测定供试液，并重取供试液再测,直至pH值的读数在1分钟内改变不超过±0.05为止；然后再用硼砂标准缓冲液校正仪器，再如上法测定；二次pH值的读数相差应不超过0.1,取二次读数的平均值为其pH值。 (6)配制标准缓冲液与溶解供试品的水，应是新沸过的冷蒸馏水，其pH值应为5.5～7.0。 (7)标准缓冲液一般可保存2～3个月，但发现有浑浊、发霉或沉淀等现象时,不能继续使用。 PH计正确使用与维护 酸度计简称pH计，由电极和电计两部分组成。使用中若能够合理维护电极、按要求配制标准缓冲液和正确操作电计,可大大减小pH示值误差，从而提高化学实验、医学检验数据的可靠性。 一、正确使用与保养电极 目前实验室使用的电极都是复合电极，其优点是使用方便，不受氧化性或还原性物质的影响，且平衡速度较快。使用时，将电极加液口上所套的橡胶套和下端的橡皮套全取下，以保持电极内氯化钾溶液的液压差。下面就把电极的使用与维护简单作一介绍： ⒈复合电极不用时，可充分浸泡3M氯化钾溶液中。切忌用洗涤液或其他吸水性试剂浸洗。 ⒉使用前，检查玻璃电极前端的球泡。正常情况下，电极应该透明而无裂纹；球泡内要充满溶液，不能有气泡存在。 ⒊测量浓度较大的溶液时，尽量缩短测量时间，用后仔细清洗，防止被测液粘附在电极上而污染电极。 ⒋清洗电极后，不要用滤纸擦拭玻璃膜，而应用滤纸吸干, 避免损坏玻璃薄膜、防止交叉污染，影响测量精度。 ⒌测量中注意电极的银—氯化银内参比电极应浸入到球泡内氯化物缓冲溶液中，避免电计显示部分出现数字乱跳现象。使用时，注意将电极轻轻甩几下。 ⒍电极不能用于强酸、强碱或其他腐蚀性溶液。 ⒎严禁在脱水性介质如无水乙醇、重铬酸钾等中使用。 二、标准缓冲液的配制及其保存 ⒈pH标准物质应保存在干燥的地方，如混合磷酸盐pH标准物质在空气湿度较大时就会发生潮解,一旦出现潮解,pH标准物质即不可使用。 ⒉配制pH标准溶液应使用二次蒸馏水或者是去离子水。如果是用于0.1级pH计测量，则可以用普通蒸馏水。 ⒊配制pH标准溶液应使用较小的烧杯来稀释，以减少沾在烧杯壁上的pH标准液。存放pH标准物质的塑料袋或其它容器，除了应倒干净以外，还应用蒸馏水多次冲洗，然后将其倒入配制的pH标准溶液中，以保证配制的pH标准溶液准确无误。 ⒋配制好的标准缓冲溶液一般可保存2—3个月，如发现有浑浊、发霉或沉淀等现象时，不能继续使用。 ⒌碱性标准溶液应装在聚乙烯瓶中密闭保存。防止二氧化碳进入标准溶液后形成碳酸，降低其pH值。 三、pH计的正确校准 pH计因电计设计的不同而类型很多，其操作步骤各有不同，因而pH计的操作应严格按照其使用说明书正确进行。在具体操作中，校准是pH计使用操作中的一重要步骤。表1的数据是精度为0.01级、经过计量检定合格的pH计在未校准时与校准后的测量值，从中可以看出校准的重要性。 标准pH 校准前误差（pH） 校准后误差（pH） 13.000 00.0600 00.0000 12.000 00.0450 00.0005 11.000 00.0500 00.0010 10.000 00.0300 00.0000 9.000 00.0200 00.0005 8.000 00.010 00.0005 7.000 00.0015 00.0000 6.000 -00.0100 -00.0005 5.000 -00.0105 00.0005 4.000 00.0150 00.0000 3.000 -00.0300 00.0000 2.000 -00.0200 -00.0003 1.000 -00.0350 -00.0001 尽管pH计种类很多，但其校准方法均采用两点校准法，即选择两种标准缓冲液：一种是pH7标准缓冲液，第二种是pH9标准缓冲液或pH4标准缓冲液。先用pH7标准缓冲液对电计进行定位，再根据待测溶液的酸碱性选择第二种标准缓冲液。如果待测溶液呈酸性，则选用pH4标准缓冲液；如果待测溶液呈碱性，则选用pH9标准缓冲液。若是手动调节的pH计，应在两种标准缓冲液之间反复操作几次，直至不需再调节其零点和定位（斜率）旋钮，pH计即可准确显示两种标准缓冲液pH值。则校准过程结束。此后，在测量过程中零点和定位旋钮就不应再动。若是智能式pH计，则不需反复调节，因为其内部已贮存几种标准缓冲液的pH值可供选择、而且可以自动识别并自动校准。但要注意标准缓冲液选择及其配制的准确性。智能式0.01级pH计一般内存有三至五种标准缓冲液pH值，如科立龙公司的KL-016型pH计等。 其次，在校准前应特别注意待测溶液的温度。以便正确选择标准缓冲液,并调节电计面板上的温度补偿旋钮,使其与待测溶液的温度一致。不同的温度下，标准缓冲溶液的pH值是不一样的。如表2所示： 温度（℃） pH7 pH4 pH9.2 10 6.92 4.00 9.33 15 6.90 4.00 9.28 20 6.86 4.00 9.18 25 6.86 4.00 9.18 30 6.85 4.01 9.14 40 6.84 4.03 9.01 50 6.83 4.06 9.02 50 6.83 4.06 9.02 校准工作结束后，对使用频繁的pH计一般在48小时内仪器不需再次定标。如遇到下列情况之一，仪器则需要重新标定： ⑴溶液温度与定标温度有较大的差异时. ⑵电极在空气中暴露过久，如半小时以上时. ⑶定位或斜率调节器被误动； ⑷测量过酸（pH＜2）或过碱（pH＞12）的溶液后； ⑸换过电极后； ⑹当所测溶液的pH值不在两点定标时所选溶液的中间，且距7pH又较远时。 氧化反应电位(又称ORP)的定义 氧化反应电位(又称ORP)是物质氧化或还原性质的一种表示。标准状态下，用可接受或释放电子的金属电极，即可测定该值。金属电极可以使用铂或金(Pt或Au)。电极材料必须是不与待测物质发生反应的惰性金属。如果水溶液中含有氧化剂或还原剂，那末电子就进行交换。 在酸/碱反应中是氢离子H+的交换，而在其它化学反应中是电子的交换。 上述过程简称还原和氧化，即氧化和还原反应，氧化还原对于净化时去除氰化物，铬酸盐，亚*盐非常重要。凡是能释放一个或多个电子的物质称之为还原剂，获得电子的是氧化剂。因此，在还原反应中电子数目增加，在氧化反应中电子数目减少。 电导率是物质传送电流的能力，是电阻率的倒数。在液体中常以电阻的倒数——电导来衡量其导电能力的大小。水的电导是衡量水质的一个很重要的指标。它能反映出水中存在的电解质的程度。根据水溶液中电解质的浓度不同，则溶液导电的程度也不同。通过测定溶液的导电度来分析电解质在溶解中的溶解度。这就是电导仪的基本分析方法。 溶液的电导率与离子的种类有关。同样浓度电解质，它们的电导率也不一样。通常是强酸的电导率最大，强碱和它与强酸生成的盐类次之，而弱酸和弱碱的电导率最小。因此，通过对水的电导的测定，对水质的概况就有了初步的了解 电导率 电阻率的倒数即称之为电导率L。在液体中常以电阻的倒数——电导来衡量其导电能力的大小。电导L的计算式如下式所示： L=l/R=S/l 电导的单位用姆欧又称西门子。用S表示，由于S单位太大。常采用毫西门子，微西门子单位1S=103mS=106μS。 当量电导 液体的电导仅说明溶液的导电性能与几何尺寸间的关系，未体现出溶液浓度与电性能的关系。为了能区分各种介质组成溶液的导电性能，必须在电导率的要领 引入浓度的关系，这就提出了当量电导的概念。 所谓的当量电导就是指把1g当量电解质的溶液全部置于相距为1cm的两板间的溶液的电导，符号“λ”。由于在电导率的基础上引入了浓度的概念。因此各种水溶液的导电来表示和比较了。 在水质监测中，一般通过对溶液电导的测量可掌握水中所溶解的总无机盐类的浓度指标。 温度对电导的影响 溶液的电阻是随温度升高而减小，即溶液的浓度一定时，它的电导率随着温度的升高而增加，其增加的幅度约为2%℃-1。另外同一类的电解质，当浓度不同时，它的温度系数也不一样。在低浓度时，电导率的温度之间的关系用下式表示： L1=L0[1+α(t-t0)+β(t-t0)2]由于第二项β(t-t0)2之值较小，可忽略不计。在低温时的电导率与温度的关系可用以下近似值L1=L0[1+α(t-t0)]表示，因此实际测量时必须加入温度补偿。 电导的温度系数 对于大多数离子，电导率的温度系数大约为+1.4%℃-1～3%℃-1对于H+和OH-离子，电导率温度系数分别为1.5%℃-1和 1.8%℃-1，这个数值相对于电导率测量的准确度要求，一般为1%或优于1%，是不容忽视的。 纯水的电导率 即使在纯水中也存在着H+和OH-两种离子，经常说，纯水是电的不良导体，但是严格地说水仍是一种很弱的电解质，它存在如下的电离平衡： H2O←→H++OH或2H2O←→H3+O+OH- 其平衡常数： KW=[H+].[OH-]/H2O=10-14 式中KW称为水的离子积 [H+]2=[OH-]2=10-14 ∴[H+]2=[OH-]2=10-7 lH2O,0=λOH-,0=349.82+198.6 =548.42S/cm.mol2 已知水的密度d25℃/H2O=0.9970781cm3 故原有假设为1的水分离子浓度只能达到0.99707。实际上是仅0.99707份额的水离解成0.99707.10-7的[H+]和[OH-]，那么离解后的[H+]和[OH-]电导率的总和KH2O用下式求出： KH2O=CM/1000λH2O =(0.99707.10-7/1000).548.42 =0.05468μS.cm-1≈0.054μS.cm-1 ∴ρH2O=1/KH2O=1/0.05468×10-9 =18.29(MΩ.cm)≈18.3(MΩ.cm) 由水的离子积为10-14可推算出理论上的高纯水的极限电导为0.0547μS.cm-1，电阻为
