Измерение pH растворов и пульп

                                                            

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Отчёт по лабораторной работе

По дисциплине:               Технические приборы и измерения.                                                                                 

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема:                                  Измерение pH растворов и пульп.

Выполнил: студент  гр. АПМ-03     ______________    /Никифоров М.Н./

                                                                                                     ^{(подпись)                                  (Ф.И.О.)}  

ПРОВЕРИЛ:

Руководитель:                                     ____________         /Иванов В.А./

                                                                                                      ^{(подпись)                                (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург                                 

2006 год.

Цель работы: ознакомиться с принципом действия промышленного pH-метра. Провести поверку преобразователя и измерительного комплекта.

Общие сведения.

Потенциометрические анализаторы.

Принцип действия потенциометрических анализаторов относится к электрохимическим средствам измерений, которые основаны на измерении потенциала электрода, размещенного в электролите. По этому потенциалу определяется концентрация компонента анализируемого вещества. Эти анализаторы используются как для измерения концентраций различных ионов в жидкостях (ионометрия), так и для контроля окислительно-восстановительного (редокс) потенциала (редоксиметрия).

Потенциал, например, металла в растворе его собственных ионов равен:

,

где  - стандартный электродный потенциал (потенциал металла в растворе с активностью ионов металла, равной 1 при ); универсальная газовая постоянная; абсолютная температура; число Фарадея; -валентность ионов металла в растворе; активность ионов металла в растворе.

При  выражение принимает вид:

.

Таким образом, зная  и измерив , можно найти активность ионов металла в растворе, а затем концентрацию ионов, если известен коэффициент активности.

В силу того, что электродный потенциал непосредственно измерить нельзя, его измеряют косвенным путем по ЭДС гальванического элемента, составляемого из измерительного (индикаторного) электрода 1 и сравнительного (вспомогательного) электрода 2. Оба электрода погружены в исследуемую жидкость, протекающую через ячейку 3 (рис.1).

	Рис.1

 

Потенциал измерительного электрода меняется при изменении концентрации ионов в среде, а потенциал сравнительного – остается постоянным, т.к. он не зависит от концентрации ионов в среде. В промышленных системах автоматизации потенциометрические датчики представлены чаще всего измерительными ячейками со стеклянным электродом. С помощью этих датчиков измеряется активность водородных ионов в растворе (pH) и для измерения активности ионов натрия.

Действие стеклянного электрода состоит в следующем. Если стекло в составе, которого много силикатов щелочных металлов, обработать крепким раствором кислоты, то поверхность стекла обменивает катионы щелочных металлов на ионы водорода и становится “насыщенной” этими ионами. Помещенное в раствор с более низкой активностью ионов стекло с такой поверхностью отдает раствору часть своих катионов и заряжается отрицательно, выполняя, таким образом, функции водородного электрода. Между поверхностью стекла и раствором возникает разность потенциалов. Электродный потенциал стекла относительно раствора зависит от активности  в растворе. Измерить этот потенциал крайне сложно, так как стекло не является проводником. Эту трудность обходят, выполнив стекло в виде тонкой пленки, разделяющей два раствора с разной активностью водородных ионов. На каждой стороне этого стекла возникают свои электродные потенциалы, разность которых определяется соотношением этих активностей:

,

где потенциал асимметрии из-за неоднородности свойств двух поверхностей; поверхности.

Два раствора разделённых стеклянной пленкой, представляют два гальванических полуэлемента, электрически связанных перегородкой (мембраной) с большим сопротивлением. Для того, чтобы практически измерить разность потенциалов этих полуэлементов, необходимо при каждом полуэлементе иметь второй вспомогательный полуэлемент, выполняющий роль электрода сравнения. В промышленных датчиках используют хлор- или бром-серебрянные электроды. По конструкции это серебряная проволока, покрытая губкой из  () и погруженная в раствор.

Конструктивно датчик рН-метра, как уже отмечалось, выполняется из двух электродов: измерительного и сравнительного. Первый состоит из трех полуэлементов: двух стеклянных и хлорсеребряного. Второй просто является хлорсеребряным полуэлементом.

В первом залит раствор  . Во второй – раствор  . Объем его делится на два отсека резиновыми мембранами. Они предохраняют электрод от попадания внутрь посторонних ионов. Электрический контакт между серебряным электродом и внешним раствором осуществляется по поверхности прилегания мембран к стеклу (эти места матированы).

Датчики рН-метров выпускают в различном конструктивном оформлении: магистральные, погруженные и проточные. Первые устанавливаются в трубопроводах диаметром 25-150 мм. Погруженные устанавливаются в емкостях. Проточные предназначены для измерения рН пробы, отбираемой из основного потока технологической аппаратуры.

В общем, рН-метры со стеклянными измерительными электродами позволяют измерять рН в интервале 0-14 с разными диапазонами. В этом интервале ЭДС изменяется около 800 . Для измерения этого потенциала используются устройства с высоким входным сопротивлением МОм. Основной влияющей величиной при потенциометрических измерениях является температура. Сигнал гальванической ячейки потенциометрического анализатора с увеличением температуры по абсолютной величине увеличивается в первом приближении по линейному закону.

Классы точности 0,5-10.

pH по шкале	Табличное значение ЭДС, мВ	Значение ЭДС по И-01, мВ		Погрешность, мВ
		Пр. ход	Обр. ход	Прямой ход		Обратный ход
				Абс.	Прив.	Абс.	Прив.
5	-233,5	-247	-244	13,5	0,964	10,5	0,750
6	-311,6	-310	-310	1,6	0,114	1,6	0,114
7	-369,6	-370	-360	0,4	0,029	9,6	0,686
8	-427,7	-429	-420	1,3	0,093	7,7	0,550
9	-443	-489	-490	46	3,286	47	3,357