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亶左寿
2 years ago
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1 ph 測定儀原理及方法簡介

2 ph 值之定義水溶液之酸鹼度由其氫離子濃度 [H + ] 決定, [H + ] 越高, 酸性越強酸鹼度一般以氫離子濃度指數 (ph 值 ) 表示 ph = -log[h + ] 或 ph=-log a H+ 25 純水, 解離常數 K w = [H + ][OH - ]=10-14, 此時 ph = -log[10-7 ] = 7, 溶液 ph 值 <7 呈酸性, 反之 ph 值 >7 呈鹼性純水之解離常數隨溫度升高而增加, 故理論上不同溫度下中性水之 ph 值亦有所差異, 大於 25 時小於 7, 小於 25 時大於 7

3 影響 ph 值之因素溶媒效應 : 將不同强度的酸拉平到溶劑化質子水平的效應 HCl + H 2 O Cl - + H 3 O + HClO 4 + H 2 O ClO H 3 O + 鹽效應 : 離子強度所造成之影響如 0.01 M HCl 之 ph 值為 2.08 溫度 : 影響水中物種之解離程度 ( 解離常數 )

4 ph 值在水質上之意義水體之 ph 值為其是否適於生物生長或遭受污染程度之重要水質參數自然水體之 ph 值多在中性範圍, 當廢水排入時, 其 ph 值可能產生明顯的變化 ph 值除了與水中生物的生長有關外, 亦影響物質的沈澱與溶解, 故在防蝕用水及廢水處理中,pH 值之測定及控制均扮演重要之角色

5 味覺測試指示劑測試單一指示劑混合指示劑指示劑法之應用 ph 試紙比色盤比色管 ph 計測試 ph 值之測定方式

6 以味覺測試物質之酸鹼度人以味覺測知食物酸度, 一般酸性物質嚐起來會覺得酸, 鹼性物質嚐起來則有苦澀感 ph 尺標 ( 以食物及飲料為例 ) ph 可樂啤酒咖啡蘋果汁優格肉牛乳可樂蘋果啤酒

7 指示劑法量測水溶液 ph 值範圍 K 若利用有機物在離子及分子態下呈現不同顏色測得水溶液 ph 值範圍, 如 HIn H + + In - 顏色 1 顏色 2 若 1 HIn 10 若 In HIn 10 即即即 ph pka 1 In ph pka 1 [ H ][ In [ HIn] In HIn 1 ] a, [ In ] K [ HIn] [ H ph a ] pka 指示劑變色範圍顏色變化廣用試劑 ph 0~14 紅色紫色甲基橙 ph 3.1~4.4 紅色棕黃色甲基紅 ph 4.2~6.5 紅色黃色酚酞 ph 8.2~10 無色紅色溴代麝香草酚藍 ph 6.0~7.6 黃色藍色麝香草酚藍 ph 1.2~2.8 紅色黃色 ph 8.0~9.6 黃色藍色剛果紅 ph 3.5~5.0 藍色紅色石蕊 ph 5.0~8.0 紅色藍色中性紅 ph 6.8~8.0 紅色黃色

8 利用指示劑測定樣品 ph 值配成溶液加入待測溶液, 配合比色管比色盤測定 ph 值製成試紙, 滴在試紙上會呈現出顏色比對後即可之溶液的 ph 值 ph 試紙比色盤及比色管僅能概略測得 ph 值 (±0.2) 範圍, 惟在不要求準確測值之情況下, 便利性使其仍被廣泛應用 ph 2 ph 4 ph 6 ph 8 ph 10

9 ph 計 ph 計為目前測定 ph 值最準確之方法採用電極測定溶液電位再換算為 ph 值

10 濃差電池 ph 計發展之演進濃差電池是指兩支電極分置於成分相同而濃度不同的電解液中, 且以鹽橋及外線路連結時, 會產生電位差如果電解液中離子濃度改變, 電極電位也隨之而變 Ag Ag AgNO3(a1) AgNO3(a2) Ag AgNO3(a1) AgNO3(a2) Ag

玻璃電極薄膜構造能斯特方程式內凝膠層內緩衝液 E E E E 0 0 25 時 E E 2.

11 玻璃電極薄膜構造能斯特方程式內凝膠層內緩衝液 E E E E 時 E E RT F log T 0 a H log a log ah H 外凝膠層 H + 膜玻璃高鋰含量之特種玻璃

12 玻璃電極 ph 計所使用之電極具有獨特性質的薄膜 ( 約 0.5mm) 當它的兩邊分別與不同氫離子濃度溶液接觸時, 即造成電位差參考電極用以準確測定玻璃 ( 工作 ) 電極之電位常用的參考電極 : 甘汞電極銀 / 氯化銀電極溫度補償電極熱電阻或熱電偶溫度探棒, 用以測量溶液溫度以補償因溫度不同而產生的電位差變化複合電極將玻璃電極參考電極和溫度補償電極合為一

13 ph 計之示意圖 mv/ph Ag/AgCl 玻璃外膜內部緩衝液溶液 ph 高感度球狀玻璃鹽橋溶液填充口鹽橋溶液參考電極液接界面移除任何密封的塞子和液接界面檢查鹽橋溶液是否適量如使用飽和鹽橋溶液時, 應檢查晶體是否適量檢查是否有氣泡

14 複合電極之電位鏈 U Probe P 3 P 6 P 1 P 4 P 5 P 2 P 1 : 傳導系統電位 P 2 : 參考系統電位 P 3 : 接面電位 P 4 : 外膜電位 P 5 : 內膜電位 P 6 : 不對稱電位

之電位值於儀器內部建立校正曲線後可換算樣品之 ph 值 E mv/ph E 0 2.

15 ph 計之構造 ph 計為一電位計接上對氫離子具選擇性之工作電極及參考電極, 當置入不同 ph 值之溶液中時, 因氫離子濃度不同, 會測得不同之電位由已知 ph 值溶液 ( 緩衝溶液 ) 之電位值於儀器內部建立校正曲線後可換算樣品之 ph 值 E mv/ph E RT F log a H mv A/D converter Display Microprocessor Display 早期設計目前設計

16 零點電位 ph 計校正注意事項理論上 ph 為 7 之水溶液在 25 的電位是 0 mv 實際並非如此, 故需利用 ph 7 緩衝溶液進行零點校正零點電位因溫度不同而異, 校正與測定溫度不同時會造成誤差斜率理論上在 25 的斜率 ph 值改變 1 時, 電位變化 mv/ph 電極使用後靈敏度逐漸降低, 故需以第 2 種緩衝液校正不同溫度時斜率 (mv/ph) 不同, 故校正與測定溫度不同時會造成誤差, 此可採用溫度補償方式消除溫度補償手動溫度補償自動溫度補償

17 溫度對 ph 值測定的影響對樣品本身 ph 值之影響溫度不同的情況下, 水中各種物質的解離程度也會因此而改變物種解離常數水的解離常數以強酸強鹼為例溫度對 ph 計測定的影響

18 不同物種的解離常數不同溶液組成 pkw M HCl M NaOH Ca(OH) 2 標示值

19 強酸溶液在不同溫度下均為 100% 解離, 氫離子濃度也均為 M, 此溶液在不同溫度下 ph 值均為 3 溶液組成 pkw ph = -log [H + ] M HCl M NaOH Ca(OH) 2 標示值

20 強鹼溶液在不同溫度下 100% 解離, 氫氧離子的濃度均為 M, 不過 ph 值會有蠻大的差異 pkw = ph + poh 在不同溫度下, poh 均為 3.00, 不過 pkw 與 ph 有蠻大改變溶液組成 pkw M HCl M NaOH Ca(OH) 2 標示值

21 應用到各種樣品或各種標準品上, 在不同溫度下, 鹼性溶液的 ph 值會有蠻大的改變溶液組成 pkw M HCl M NaOH Ca(OH) 2 標示值

22 溫度對 ph 值測定的影響 ph 值為氫離子濃度之指標, 強酸因 100% 解離, 一般情況下 ph 值不受溫度影響, 弱酸則因解離常數之影響, 故 ph 值會改變鹼則因計算 ph 值時要考慮水之解離常數 kw, 溫度高時 kw 亦較高, 故 ph 值影響嚴重

23 ph 計之溫度補償功能僅能測定溫度並進行斜率修正, 對試樣中各物種因溫度不同而造成解離度之改變並無校正功能樣品 ph 值甚高時, 因水解離常數之改變, 而使樣品測值隨溫度不同而有很大之差異, 欲得精確值時, 應控制樣品溫度於 25 下測定為了避免誤差, 緩衝溶液與樣品最好在相同的溫度下進行校正與測定

24 ph 測定儀之校正參數零點電位 : 溶液 ph 值等於 7.00 時, 以 ph 計所測得之電位 (mv) 零電位 ph 值 : 測得電位 (mv) 為 0 時溶液之 ph 值斜率 :ph 值改變 1.00 時, 電位 (mv) 之改變量 % 靈敏度 : 電極實際斜率與理論值之 % 比值

25 ph 電極之零點電位理論上 ph 值等於 7.00 時電位值為 0 mv 實際上因電極狀況及溫度而異 ph 計須以 ph 值接近 7.00 之緩衝液校正零點校正後自動顯示零點電位或零電位 ph 值採用緩衝液在校正溫度下之 ph 值測定電位及求得之斜率值計算

26 ph 電極之斜率電極斜率為溫度之函數 25 時理論值為 mV / ph 實際上因電極狀況及溫度而異 ph 計須以第二種緩衝液校正斜率並由此補償校正與樣品測定溫度不同所造成之電位差異校正後自動顯示斜率或 % 靈敏度由已知 ph 值的兩種緩衝液和其測得之電位計算求得校正溫度下之斜率, 再轉換為 25 值 25 斜率除以理論值 % 即得 % 靈敏度

27 ph 值結果處理及品質管制檢測結果以溫度下 ph 值表示每一樣品均須執行重複分析, 兩次測值差異應小於 ± 0.1 ph 單位, 並以平均值出具報告校正參數須符合下列管制範圍 : 零點電位 : 應介於 -25 ~ 25 mv 之間零電位 ph 值 : 應介於 6.55 ~ 7.45 之間斜率 : 應介於 -56 ~ -61(mV / ph) 之間 %靈敏度 : 應介於 95 ~ 103% 之間

28 S 牌之校正模式與使用緩衝液 no. 緩衝液廠牌緩衝液 ph 值參考溫度 1 SCHOTT C 2 SCHOTT C 3 Merck1* C 4 Merck2 * C 5 Merck3 * C 6 DIN C 7 Mettler Toledo USA * C 8 Mettler Toledo TEC * C 9 Fisher * C 10 Fluka BS * C 11 Radiometer * C 12 Baker * C 13 Metrohm * C 14 Beckman * C 15 Hamilton Duracal * C 16 Precisa * C

29 ph 操作經常發生的錯誤電極性能不良校正時未調整至緩衝液在該溫度下之 ph 值未進行溫度補償或溫度電極錯誤緩衝液選用錯誤緩衝液變質

30 ph 計校正及測定注意事項如 ph 計係手動溫度補償時, 應測定溫度並調整 ph 計之溫度補償值於該溫度依緩衝液於不同溫度下之 ph 值進行校正零點電位 E 0 及斜率 ( 靈敏度 ) 為確認緩衝液品質之有效工具因不同溫度下之零點電位不同, 故應避免校正與測定時之溫度相差過大校正與測定時應維持相同之攪拌狀況

31 不同緩衝溶液在不同溫度下之 ph 值溫度 Phthalate Phosphate Phosphate Phosphate Borate Carbonate Ca(OH)

25 10.52 10 10.18 10.10 10.39 15 10.12 10.

32 不同 10.0 緩衝溶液在不同溫度下之 ph 值溫度碳酸鹽 MERCK WTW

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<4D F736F F D20382EB9EAC5E A4CEB8D1C2F7ABD7> 應用化學系物理化學實驗實驗 5. 醋酸解離常數及解離度之測定 Measurements of the Dissociation Constant and Degree of Dissociation of Acetic Acid 實驗報告重點預報重點現象與定義 1. 何謂酸鹼度 (ph 值 )? 如何定義? 2. 何謂乙酸之解離反應? 其解離常數及解離度如何定義? 3. 試著以流程圖說明如何藉由測量緩衝液之