用正常测一般溶液的方法测试纯水和超纯水其结果可能很不理想,反应很慢,而且漂移很严重。
超纯水被称为世界上最强力的溶剂,由于绝对的纯水能够溶解任何接触到物质,因此它绝对的纯度是不可能保持的。由于超纯水没有任何缓冲能力(即在溶解其他物质的同时保持自身的pH值),因此最微小的污染也会改变它的pH值。同时纯水是一种优良的绝缘体,因此在测量pH值的时候很难让pH计的测量电极和参比电极之间导通。这样在测量用的电极电路中产生极高的电阻,会使得测量的电信号噪声变大,电极的反应变慢,并产生静电双电层(static buildup)。这种静电双电层在纯水流经塑料管路时很常见。它产生的电场会使得测量得到的电阻比实际值要大。这样测量得到的pH数值是错误的。
产生这种情况的原因:
1.CO2的影响,CO2溶入水中,在水中形成H2CO3,碳酸是2元弱酸,在水中电离。于是水中便多出来CO32-和HCO3-离子,CO32-在水中的含量很低,影响PH的主要是HCO3-离子,HCO3-电离显示酸性,水解显示碱性。因为反应是可逆的,导致PH值不断变化。国标规定测量必须在一个特殊的装置中密闭中进行。
2.由于纯水中离子浓度非常低,而参比电极盐桥溶液选中高浓度3mol/L的Kcl,相互之间的浓度差较大,与它在普通溶液中的情况差别很大。在纯水会加大盐桥溶液的渗透速度,促使盐桥的损耗,从而加速了K+和CL-的浓度的降低。引起液接界电位的变化和不稳定,而Ag/AgCl参比电极本身的电位取决于CL-的浓度。CL-浓度发生了变化,其参比电极自身电位也会随之变化。于是就使得示值漂移。特别是不能补充内参比液的复合电极更会如此。
3.由于玻璃电阻的内阻很高,内阻越高玻璃膜就越厚,其不对称电位就会加大,电极的惰性也随之加大,电动势的产生就越于缓慢。同时,由于纯水是一种无缓冲作用的液体,与标准缓冲溶液的性质完全不同,在标准缓冲溶液中表现良好的电极一下子移至无缓冲性的纯水中,电极电位的建立时间无疑就会变得迟缓。
4.PH值反映的是H+的活度,(H+)而不是H+的浓度[H+],其关系为(H+)=f×[H+]。F为H+的活度系数。它是由溶液中所有离子的总浓度决定而不只决定于被测离子的浓度。在理论纯水中活度系数f等于1,但只要有其它离子存在,活度系数就要改变,PH值也就会改变。即PH值受溶液中总的离子浓度的影响,总离子浓度变化,PH值就要改变。 由于复合电极液接界很靠近PH敏感玻璃球泡,从液接界渗漏出的盐桥溶液首先聚集在敏感球泡周围,改变了其附近的总离子浓度,由上述原因可知,使用测量值只是敏感球泡附近的被改变了PH值,不能反映其真实的PH值。虽然采用搅拌或摇动烧杯的方法可以改变这种情况,但实践证明,搅拌速度不同,测试的值也会不一样,同时搅拌或摇动又会加速CO2的溶解,所以也不可取。
5.为了保证复合电极的pH零电位,盐桥必须采用高浓度的Kcl,同时为了防止Ag/AgCl镀层被高浓度的Kcl溶解,在盐桥中又必须添加粉末状的AgCl,使盐桥溶液被AgCl饱和。但是根据上述第1条所述,由于盐桥溶液中Kcl浓度的降低,又使原本溶解在其中的AgCl过饱和而沉淀,从而堵塞液接界。
6.静电干扰:由于超纯水的传导性非常差,所以它也是一个静电源。这些静电可以在测量ph值时表现出来。为了补偿这些干扰,电极要做特别的屏蔽。这种电极相对来说比较贵,特别为超纯水的ph测量做出特殊的设计。
7.温度的影响,不同温度下水的离子积是不同的,在25℃为7,100℃为6.14,这个和测量别的溶液时的影响相同。
解决方法:
1.用一支适合作纯水的PH电极应是首先考虑的,有一种测量超纯水的特殊的电极,它接一个金属的、接地的附件。通过接地,增大了整个电路的电容,从而降低了电信号噪声。同时由于接地分流了电荷,使得测量信号的稳定时间增大,也在某种程度上降低了静电双电层的强度。电极的附件还包括凝胶装填的参比电极或者流动的联结点,这可以在测量pH值得时候快速的在连接点两侧建立电位平衡。流过联结点的电解液偶尔会阻塞联结点。将整个测量电路放置在配件旁边,可以让代测样品的电荷释放掉,从而保持测量电极承受的压力稳定。这同样能够解决样品被KCl电解液污染的问题。
2.加大被测纯水的取样量,并可能减小和空气的接触面,同时不要搅拌和摇动,以减少CO2的吸收,有密闭一些的容器最好。
3.被测水样中加入中性盐(如Kcl)作为离子强度调节剂,改变溶液中的离子总强度,增加导电性,使测量快速稳定。此方法国家标准GB/T6P04.3—93中规定:“测量水样时为了减少液接电位的影响和快速达到稳定,每50ml水样中加入一滴中性0.1moL/LKCL溶液。” 虽然此方法改变了水样中的离子强度,在一定程度上引起了其PH值得变化,但经实验证明此变化在数值上只改变了0.01PH左右,是完全可以接受的。但采用这种方法时,一定要注意所加的Kcl溶液不应含任何碱性或酸性的杂质。因此,Kcl试剂要采用高纯度的,所配溶液的水质也要高纯度的中性水质。如果有高高纯度的KCL,同时可以接受这种影响,这种方法在实际测量中是最方便的。 |