AL4030SpH传感器技术原理和应用

1.   pH的概念

        水溶液中的pH值是氢离子和氢氧根离子的浓度度量值。水分子解离成氢离子（H⁺）和氢氧根离子（OH⁻），但是形成的离子数量非常少。25°C 的水中含有 1 × 10⁻⁷ mol/L的氢离子（H⁺）以及相同浓度的氢氧根离子（OH⁻），其中氢离子浓度（摩尔/升）[H⁺] 与氢氧根离子浓度（摩尔/升）[OH⁻] 的乘积是水的离解常数，并且它取决于温度。

即

             K = [H⁺]*[OH⁻]

    酸加入水中会增加[H⁺]，并且因为产物[H⁺][OH⁻]必须保持恒定，所以酸会减少[OH⁻]。碱会增加[OH⁻]并减少[H⁺]。例如，假设在25°C下向水中加入一种酸，该酸将[H⁺]提高到1.0 × 10⁻³ mol/L。因为[H⁺][OH⁻]必须始终等于1.0 × 10⁻¹⁴，所以[OH⁻]将为1.0 × 10⁻¹¹ mol/L。为了表达氢离子浓度，通常定义

pH = log[H+]

pH与[H+]的对数成正比，因此[H+]相差10倍则pH值相差1，例如[H+]在上面的例子中，氢离子浓度为 1.0 × 10–3 mol/L，pH 为 3.00。或者，加入碱会使 [H⁺] 变为 1.0 × 10–4，此时 pH 为 4.00。

2.   pH的测量原理

玻璃电极因使用方便几乎普遍用于pH的测定。其电位本质上不受氧化剂或还原剂存在的影响，可在较广的pH范围内操作。生理条件下，其响应快速，并且功能良好。没有其他哪个pH测定电极拥有以上所有特点。pH玻璃电极由玻璃膜、参比电极和内部填充溶液组成，内参比电极和电解液用于与玻璃膜进行电接触，其电位必须恒定并有HCL的浓度设定。玻璃膜的电位为pH玻璃电极电压可以写作

E = E0-2.303RT/nF*PH

其中

E：在温度 T（开尔文温度）下测量的电位 mV；

E0：常数，在温度 T（开尔文）下的标准电位 mV

2.303：将自然对数转换为以 10 为底的对数的系数

R：摩尔气体常数（8.3144 J mol–1 K–1）

n：离子的电荷数

F：法拉第常数 96485 C mol–1

T：温度 K（开尔文）

由于式中的R、n、F都是常数，有此可以看出，当温度不变时，电极电压与pH值呈现线性关系。

3.   安装方式

AL4030S传感器可以以下四种不同方式的安装

4.   传感器的校准操作

推荐pH进行三点校准，校准顺序为：标液1校准→标液2校准→标液3校准。

pH校准步骤如下：

1)  配置三种浓度pH标准溶液，分别为pH=4.00（标液1）、pH=6.86（标液2）、pH=9.18（标液3）的标准液。

2)  打开仪器校准界面→校准方式选择“三点校正”→校准因子选择“pH”。

3)  标液1校准：容器中倒入标液1，将仪器浸没在标准液中，在上位机中，标液1浓度输入4.00→点击标液1校准按钮→观察“标液1电压值”，等待测量值稳定→点击“保存校准”按钮，即完成了标液1校准。

4)  将仪器从容器中拔出，仔细冲洗仪器多次，并擦干仪器。

5)  标液2校准：容器中倒入标液2，将仪器浸没在标准液中，在上位机中，标液2浓度输入6.86→点击标液2校准按钮→观察“标液2电压值”，等待测量值稳定→点击“保存校准”按钮，即完成了标液2校准。

6)  将仪器从容器中拔出，仔细冲洗仪器多次，并擦干仪器。

7)  标液3校准：容器中倒入标液3，将仪器浸没在标准液中，在上位机中，标液3浓度输入9.18→点击标液3校准按钮→观察“标液3电压值”，等待测量值稳定→点击“保存校准”按钮，即完成了标液3校准。

8)  将仪器从容器中拔出，仔细冲洗仪器多次，并擦干仪器。

9)  校准结果查看：“一键读取”校准值、校准系数，检查校准值和校准系数是否已经更新。并查看校准值大小。校准准确时，标液1校准值为3.90-4.1pH之间，标液2校准值为6.76-6.96pH之间，标液3校准值为9.08-9.28pH之间。