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    文档作者:gaoxiaofeng
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    第一章 电化学分析仪的使用 电化学分析是利用被分析物质在电化学电池中的电化学特性而建立起来的分析方 法,是仪器分析的一个重要分支.电化学分析法主要有电位分析法(potentiometery) , 库 仑 分 析 法 ( coulometry ) 极 谱 分 析 法 ( polarographic analysis ) 电 导 分 析 法 , , (conductometry)及电解分析法(eldctroanalysis)等.电化学分析法的灵敏度,选择 性和准确度都很高,测定范围也广(如电位分析法及微库仑法用于测定微量组分的测 定;电解分析法,电位滴定法用于常量组分的分析) . 每一种电化学分析法都有相应的仪器,如电位分析仪,库仑分析仪,电导仪,酸 度计等.电化学分析的仪器设备较简单,价格低廉,仪器的调试和操作都较简单. 以测量化学电池两电极的电位差或电位差变化为基础的化学分析方法称为电位分 析法.用作电位分析的仪器称为电位分析仪.电位分析仪主要有电位差计,pH计(酸 度计) ,离子计(pX计) ,电位滴定仪(potentiometrictitrator)等. 根据法拉第电解定律由电解某种物质所需的电量来确定该物质含量的方法称为库 仑分析法.按电解方式以及电量测量方式的不同,库仑分析法分为控制电位库仑法, 恒电流库仑法及动态库仑法.恒电流库仑分析法又称控制电流库仑分析法或库仑滴定 法.动态库仑分析法又称微库仑分析法,它是一种新型的库仑分析法.在测定过程中, 其电位和电流都是不恒定的,而是根据被测物质浓度变化,应用电子技术进行自动调 节,其准确度,灵敏度和自动化程度更高,更适合作微量分析.用作微库仑分析的仪 器称为微库仑仪. 限于篇幅,本章只介绍酸度计,离子计,电位滴定仪和微库仑仪.
    第一节 酸度计和离子计的使用 测定溶液pH值的仪器是酸度计 (又称pH计) 是根据pH的实用定义设计而成的. , 测定溶液中待测离子的活(浓)度的仪器是离子计.酸度计(pH 计)和离子计(pX 计) 由于都是测量具有高内阻化学电池两电极间的电动势, 因此其结构原理基本相同, 甚至往往同一台仪器具有多种功能,既可测量pH值, pX值,又可测量 mV值.此
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    类仪器有电位差计式,直读式(直接读取pH值,mV值和pX值)和数字显示式(直 接显示pH 值,mV 值和pX 值) .有些数字显示式仪器还可以直接读取被测离子的浓 度.酸度计和离子计都属小型仪器,其结构简单,体积小,如果具有直流电源,还可 以提携到野外进行环境监测. 一,仪器基本结构 实验室用酸度计和离子计的型号很多(见表11) ,但其结构一般均由两部分组成, 即电极系统和高阻抗毫伏计两部分.电极与待测溶液组成原电池,以毫伏计测量电极 间电位差,电位差经放大电路放大后,由电流表或数码管显示.酸度计和离子计的基 本结构如图11所示.
    W 1 R 2 3 4 5
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    图11 酸度计和离子计的结构框图 1化学电池(W为指示电极,R为参比电极) ;2差分对电路;3运算放大 器;4反对数放大器;5显示器;6恒流源;7负反馈电路;8温度补偿网 络;9减法器;10量程扩展电路
    根据pH玻璃电极和各种离子选择性电极(ion selective electrode)的特性,要求 酸度计和离子计有较高的阻抗,具有正负极性,能测量试液的正负离子;仪器要有较 好的稳定性,因此在仪器的输入部分由输入阻抗较高的场效应晶体管组成差分对电 路, 由双三极管组成的恒流源, 保证差分对的工作点固定不变以减少信号的漂移程度; 仪器中设有滤波电路,以防止高频信号的干扰;温度补偿网络的作用是使电极信号不 受温度变化的影响.具有浓度直读功能的离子计,还加入了反对数放大器,把 pX 值 换算成被测离子的浓度值由显示器直接显示出来. 二,仪器工作原理 酸度计的化学电池中,指示电极为pH玻璃电极,参比电极为饱和甘汞电极.
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    离子计的化学电池中,指示电极多为各种离子选择性电极,参比电极亦多为饱和 甘汞电极.这两种仪器的工作原理相同.在测量过程中,仪器的化学电池所产生的电 位信号进入由差分对组成的源跟随器作阻抗变换,变成低阻信号后,由一电阻器输至 运算放大器的同相端,经运算放大器放大后,输出的信号分别通过仪器的mV档,pH 档,pXⅠ档,pXⅡ档(一般的通用离子计都具有这三种功能) ,然后又经过反馈电路 源跟随器的场效应晶体管的栅极再进入运算放大器的反相输入端,形成电压串联负反 馈.于是在mV,pH,pXⅠ,pXⅡ同相输入的各档分别获得放大了的电极信号.在电 化学过程中,如果发生温度变化,则运算放大器的输出信号经过温度补偿网络后,得 到校正.由于减法器的作用,将温度补偿后的电极信号过滤,凡满足"额定电位值" 的整数部分被减去,由量程扩展器档显示,凡不足"额定电位值"的尾数值,均由显 示器的表头显示. 三,常用仪器型号和特点 表 11 列出部分目前常用的酸度计和离子计的生产厂家,型号,性能与主要技术 指标,供参考.

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