進(jìn)口酸度計(jì)電極代替的探討與實(shí)踐
摘要：酸度計(jì)是實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)工作中應(yīng) 用最廣泛的儀器，它是由一次儀表電極和 二次儀表電計(jì)部分組成。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，許 多用戶的進(jìn)口酸度計(jì)處于閑置狀態(tài)，其中 絕大多數(shù)是由于損耗性配件電極性能變 壞或者損壞，而市場(chǎng)上又一時(shí)很難買到與 原儀器同樣的配套電級(jí)，其次是進(jìn)口電極 成本偏高(約為國(guó)產(chǎn)電極的二十倍以上)， 讓一般實(shí)驗(yàn)室難以接受。如能采用優(yōu)質(zhì)廉 價(jià)的國(guó)產(chǎn)電極代替進(jìn)口電極，使閑置的儀 器資源得到利用，潛在的效益將是巨大的。

pH測(cè)量電極種類繁多，如氫電極、銻 電極、玻璃電極、氫離子場(chǎng)效應(yīng)管電極、光 纖pH探針等，但目前實(shí)驗(yàn)室用于精密pH 測(cè)量的氫離子傳感器仍然以pH配套玻璃 電極或復(fù)合玻璃電極為主。玻璃電極在溶 液中構(gòu)成原電池，是一個(gè)高內(nèi)阻的信號(hào) 源，測(cè)量中，受不對(duì)稱電位、溫度等影響， 決定了此類酸度計(jì)電計(jì)部分的共同特點(diǎn)： 高輸入阻抗、定位調(diào)節(jié)、斜率調(diào)節(jié)、溫度補(bǔ) 償?shù)裙δ�，這些都是選擇代替電極的依 據(jù)。由于實(shí)驗(yàn)室精密pH 測(cè)量一般應(yīng)用 O．O1級(jí)pH計(jì)居多，因此以下介紹的代替， 也是指應(yīng)用玻璃電極的O．O1級(jí)pH計(jì)。轉(zhuǎn)速計(jì)| 水份計(jì)| 水份儀| 分析儀| 溶氧計(jì)| 電導(dǎo)度計(jì)| PH計(jì)| 酸堿計(jì)| 糖度計(jì)| 鹽度計(jì)| 酸堿度計(jì)| 電導(dǎo)計(jì)| 水分測(cè)定儀| 濁度計(jì)|

1、代替的匹配問(wèn)題
1．1關(guān)于電計(jì)輸入阻抗與電極內(nèi)阻匹 配問(wèn)題。pH計(jì)對(duì)高內(nèi)阻玻璃電極轉(zhuǎn)換來(lái) 的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，必然受儀器輸入級(jí)的 影響，儀器輸入級(jí)參數(shù)帶來(lái)的測(cè)量誤差主 要來(lái)自兩個(gè)方面。其一是電極的高內(nèi)阻與 儀器輸入阻抗分壓產(chǎn)生的測(cè)量誤差，其二 是儀器輸入級(jí)的輸入電流在電極高內(nèi)阻 上的壓降引起的測(cè)量誤差。 對(duì)于第一點(diǎn)， 由分壓關(guān)系容易推得， 要想達(dá)到千分之一的pH 測(cè)量準(zhǔn)確度要 求，電計(jì)的輸入電抗應(yīng)是電極內(nèi)阻的一千 倍。我國(guó)生產(chǎn)的pH測(cè)量玻璃電極和復(fù)合 玻璃電極，按機(jī)械行業(yè)部的JB／1’6243—92 pH值測(cè)量用復(fù)合玻璃電極標(biāo)準(zhǔn)和JB／ T7815—1995pH值測(cè)定用玻璃電極標(biāo)準(zhǔn)， 考慮溫度的影響，其內(nèi)阻小于1o00MQ 實(shí) 驗(yàn)室條件下，內(nèi)阻一般小于300MI~。因此， 只要電計(jì)的輸入阻抗大于3x10。IQ，選擇 國(guó)產(chǎn)電極就能滿足測(cè)量精度的要求。由于 集成電路的普遍采用，儀器的輸入阻抗達(dá) 到1O 是輕而易舉的事，因此用國(guó)產(chǎn)電 極代替進(jìn)口電極在儀器輸入阻抗方面是 可選擇。在這一點(diǎn)，我國(guó)生產(chǎn)的玻璃電極 符合代替條件。
1．2輸入電流的影響。利用電位測(cè)量 儀器對(duì)離子電極和參比電極在溶液中組 哈爾濱紡織印染工業(yè)聯(lián)合公司 楊修成 成電池的電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量電池與 儀器輸入部分構(gòu)成一個(gè)閉合回路，產(chǎn)生一 個(gè)很小的電流，通常稱為輸入電流。它由儀 器輸入端短路時(shí)，儀器輸入回路產(chǎn)生的靜 態(tài)輸入電流，以及信號(hào)電動(dòng)勢(shì)在儀器輸入 阻抗上產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)輸入電流組成。由于酸 度計(jì)輸入阻抗足夠大， 動(dòng)態(tài)輸入電流遠(yuǎn)小 于靜態(tài)輸入電流，因此，通常所說(shuō)的輸入電 流就是指靜態(tài)輸入電流。當(dāng)這個(gè)微小電流 流經(jīng)高內(nèi)阻的測(cè)量電池時(shí)，將在電極的高 內(nèi)阻上產(chǎn)生壓降，使測(cè)量的電勢(shì)值與實(shí)際 電動(dòng)勢(shì)值不同。雖然在pH測(cè)量過(guò)程中，這 一壓降可以通過(guò)定位得到補(bǔ)償，但輸入電 流是一個(gè)隨溫度變化的量，一般溫度每變 化10℃ ，輸入電流變化10％ ，此部分變化則 無(wú)法通過(guò)儀器調(diào)節(jié)得到補(bǔ)償。例如，對(duì)于 0．O1級(jí)儀器，輸入電流為6pA時(shí)，容易計(jì)算 出，溫度變化造成的測(cè)量誤差為O．2mV，相 當(dāng)于0．003pH。因此只有減小輸入電流，才 能提高測(cè)量精度。這一點(diǎn)，我國(guó)的pH計(jì)計(jì) 量檢定規(guī)程有明確要求，即精度為O．Ol級(jí) 的測(cè)量?jī)x器，輸入電流應(yīng)小于6pA。
1．3關(guān)于電計(jì)零電位pH與電極零電 位pH 的匹配問(wèn)題。零電位PH又稱作等 臨時(shí)性勢(shì)。對(duì)于酸度測(cè)量，其等電勢(shì)常見(jiàn)的 有兩種：pH=7和pH=2，其中最常用的為 pH=7。選擇代替電極的零電位pH應(yīng)當(dāng)與電 計(jì)的零電位pH相一致，才能確保儀器的定 位調(diào)節(jié)器在一定范圍調(diào)節(jié)時(shí)，可以抵消pH 測(cè)量中的不對(duì)稱電位，使儀器的測(cè)量顯示值 與標(biāo)準(zhǔn)溶液的實(shí)際pH值相同。
1．4儀器溫度補(bǔ)償范圍與電極適用溫 度范圍匹配問(wèn)題。每個(gè)玻璃電極都有其適合 的溫度使用范圍，一般進(jìn)口電極的溫度使用 范圍大于國(guó)產(chǎn)電極，因而進(jìn)口酸度計(jì)的溫度 補(bǔ)償范圍相應(yīng)的設(shè)計(jì)較寬，但這并不妨礙 用國(guó)產(chǎn)電極代替后儀器的使用。我們只要 按用來(lái)代替的國(guó)產(chǎn)電極的溫度適用范圍 使用，就能夠保證測(cè)量的準(zhǔn)確。

2、代替的方法
弄清上述問(wèn)題以后，就可以進(jìn)行電極 的代替工作了。進(jìn)口電計(jì)的電極有接口與國(guó) 產(chǎn)電極接口的不一致，是電極代替時(shí)面臨的 重要問(wèn)題。以帶有復(fù)合電極的進(jìn)口儀器為 例，將失效的進(jìn)口電極從根部剪斷，保留其 電極引線(以下簡(jiǎn)稱“原電極引線，’)。然后我 們對(duì)上海雷磁儀器廠生產(chǎn)的“pH電極轉(zhuǎn)換 器’怖場(chǎng)上已經(jīng)有商品出售，以下簡(jiǎn)稱 轉(zhuǎn)換 器’’)進(jìn)行改造，該轉(zhuǎn)換器的一端為Q9接頭， 另一端是玻璃電極的甘汞電極插孔。 如果我們打算用國(guó)產(chǎn)的E201型復(fù)合 電極代替進(jìn)口電極，則可以打開(kāi)轉(zhuǎn)換器的 屏蔽盒，將原電極引線從玻璃電極插孔插 入電極轉(zhuǎn)換器，并將原電極引線的芯線與 轉(zhuǎn)換器盒內(nèi)和Q9接頭相連的引線的芯線 焊在一起，將原電極引線的屏蔽線與轉(zhuǎn)換 器盒內(nèi)和Q9接頭相連的引線的屏蔽線焊 在一起，重新裝配好轉(zhuǎn)換器屏蔽盒。使用 時(shí)我們只要將原電極引線連接到電計(jì)，國(guó) 產(chǎn)E2O1型復(fù)合電極的Q9接頭與轉(zhuǎn)換器 的Q9接頭通過(guò)Q9過(guò)渡接頭連接即可。 如果打算用配套電極代替原進(jìn)口復(fù) 合電極，則可以打開(kāi)轉(zhuǎn)換器的屏蔽盒，將 轉(zhuǎn)換器的Q9接頭引線焊下，用原電極引 線代替轉(zhuǎn)換器上的Q9接頭引線。焊接時(shí) 應(yīng)該記住，由于玻璃電極是信號(hào)的高阻 源，因此，原電極引線的屏蔽線應(yīng)與甘汞 電極端相連接，然后重新裝配好轉(zhuǎn)換器屏 蔽盒。使用時(shí)，只要將玻璃電極和參比電 極分別連接到轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)插孔，原電極 引線連接到電計(jì)即可。 同樣道理，對(duì)于使用配套電極的進(jìn)口 儀器，也可以參照上面的辦法進(jìn)行處理。 采用電極轉(zhuǎn)換器，可以使每次電極更 換起來(lái)特別方便，同時(shí)，轉(zhuǎn)換器對(duì)焊接點(diǎn) 起到屏蔽作用，防止測(cè)量時(shí)受到干擾。再 有，焊接點(diǎn)是在轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的高阻絕緣架 上，不會(huì)引起電計(jì)的輸入阻抗下降。

3、代替的注意事項(xiàng)
3．1電計(jì)部分應(yīng)經(jīng)計(jì)量部門檢定，確 定其輸入阻抗、輸入電流、零電位pH值溫 度補(bǔ)償。滿足上面談到要求的酸度計(jì)，才 能進(jìn)行電極代替。儀器總的輸入阻抗是由 輸入端的絕緣阻抗及輸入阻抗并聯(lián)來(lái)決 定的，有些儀器由于長(zhǎng)期使用，受環(huán)境中 的灰塵及潮濕影響，輸入端絕緣電阻下 降，使輸入阻抗降低，對(duì)這類儀器應(yīng)進(jìn)行 絕緣處理。同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，焊接轉(zhuǎn)換品質(zhì) 的連接線時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免引起電極插口、輸 入端支架的絕緣電阻下降。 由于代替時(shí)增加了電極轉(zhuǎn)換器，因此 轉(zhuǎn)換器應(yīng)作為儀器的一部分，經(jīng)計(jì)量部門 對(duì)配接轉(zhuǎn)換器的電計(jì)部分進(jìn)行檢定，能夠 達(dá)到上述要求的，才能進(jìn)行代替。
3．2對(duì)于具有其它離子 量功能的酸 度計(jì)，其等電極值往往可以調(diào)節(jié)，代替時(shí)， 只要依選用代替電極的零電勢(shì)pH設(shè)定儀 器的零電勢(shì)就可以(一般選擇為7)。 綜上所述，對(duì)于電極失效可損壞引起 的閑置進(jìn)口酸度計(jì)，完全可以經(jīng)過(guò)計(jì)量部 門依據(jù)JJGl1—84實(shí)驗(yàn)室酸度計(jì)檢定規(guī) 程進(jìn)行檢定，確定其輸入阻抗、輸入電流、 零電位pH值及配接電極轉(zhuǎn)換器時(shí)的綜合 輸入阻抗、輸入電流，參考上面介紹的方 法，進(jìn)行電極的代替。實(shí)踐證明，此方法簡(jiǎn) 單易行，值得推廣。