化學(xué)儀表基礎(chǔ)及常見問題解決方法第1頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@目錄電廠化學(xué)儀表12345緒論電導(dǎo)式儀表電位式儀表光學(xué)式儀表電流式儀表6化學(xué)儀表使用中常見問題第2頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@一、緒論

電廠化學(xué)儀表作用分類一般結(jié)構(gòu)主要技術(shù)指標

第3頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@分析儀器：測量物質(zhì)的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及某些物理特性 的一類儀器?；瘜W(xué)組成和結(jié)構(gòu)：分子、原子或原子團；含量；排列；結(jié)合物理特性：如：固體和液體的含水量氣體的濕度物質(zhì)的密度、粘度、沸點、凝固點、閃點等等第4頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@作用（1）安全運行；（2）及時性；（3）準確；（4）自動化；（5）“專家系統(tǒng)”的基礎(chǔ)第5頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@分類

種類繁多，尚無統(tǒng)一的分類方法常見分類方法：

1.按使用場所

2.按物性分類

3.按測量機理第6頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@分類---按使用場所分類1在線式儀表2離線式儀表第7頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@分類---按物性分類1液體類分析儀表2氣體類分析儀表3固體類分析儀表第8頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@分類---按測量機理分類電化學(xué)式(包括電導(dǎo)式、電量式、電位式等)熱學(xué)式(包括熱導(dǎo)式、熱化學(xué)式、熱譜式等)磁分析式(如磁性氧分析器、磁共振波譜儀等)光學(xué)式(包括吸收式、發(fā)射式等)射線分析式(包括x射線、放射性同位素分析儀等)色譜式(包括氣相色譜、液相色譜等)電子光學(xué)和離子光學(xué)式(如電子探針、質(zhì)譜計和離子探針等)物性測定(如濕度計、水分計、密度計、粘度計、閃點儀等)第9頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@結(jié)構(gòu)雖然種類繁多，結(jié)構(gòu)各異，但其都是由幾個基本部分組成，即分析部分（又稱傳感器）、信號處理部分（又稱變送器）和顯示部分（又稱終端）。對于在線化學(xué)儀表而言，還包括采樣與樣品預(yù)處理部分。第10頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@第11頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@主要技術(shù)指標技術(shù)指標是對儀表性能的描述技術(shù)指標是儀表選型的主要依據(jù)測量的化學(xué)參數(shù)不同或測量相同化學(xué)參數(shù)的儀表測量原理不同、生產(chǎn)廠家不同，儀表的具體技術(shù)參數(shù)也有所不同，但所有化學(xué)儀表的主要技術(shù)指標有以下幾個方面第12頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@主要技術(shù)指標1．測量范圍2．精度與誤差3．穩(wěn)定性4．靈敏度5．響應(yīng)時間6．重復(fù)性7．輸出信號8．其它第13頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@二、電導(dǎo)式儀表1.基本知識2.影響測量精度的因素3.電導(dǎo)率儀及電磁濃度計第14頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@1.基本知識離子導(dǎo)體與電子導(dǎo)體分類材質(zhì)導(dǎo)電粒子通電后的變化隨溫度的變化電子導(dǎo)體金屬、石墨電子除發(fā)熱外無變化T↗，電阻↗;導(dǎo)電能力下降離子導(dǎo)體液態(tài)電解質(zhì)固態(tài)電解質(zhì)

離子體系組成發(fā)生變化T↗，電阻↘；導(dǎo)電能力增強第15頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@電導(dǎo)池：用兩個金屬片（即電極）插入溶液中；電極常數(shù)：極間距離與截面積的比電導(dǎo)：量度導(dǎo)體導(dǎo)電能力大小的物理量，其值為電阻的倒數(shù)。符號為G，單位為S(1S=1／Ω)；電導(dǎo)率：電阻率的倒數(shù)。電導(dǎo)率的單位為S/cm或μS/cm)第16頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@儀表經(jīng)過校正后，測量Usc即可得到電導(dǎo)率κ零點斜率溫度第17頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@電極常數(shù)的測定(1)

標準溶液法(2)比較法第18頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@2.影響測量準確度的因素溫度電極極化電極系統(tǒng)的電容溶液中的氨溶液中雜質(zhì)第19頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@不同溶液的電導(dǎo)率溫度系數(shù)不同同一溶液的溫度系數(shù)隨溫度的變化而變化因此：若以電導(dǎo)率來表示水的品質(zhì)或溶液的濃度，則必須在同一溫度條件下才有意義電力系統(tǒng)以25℃為基準溫度，在其他溫度下測量時，將其修正為25℃時的數(shù)值一般工業(yè)在線電導(dǎo)儀表在其測量電路中，設(shè)置了溫度補償電路，以“消除”溫度對溶液電導(dǎo)率測量的影響一般采用溫度補償?shù)碾妼?dǎo)率表溫度系數(shù)為平均值0.02/℃儀表的溫度補償措施只是減小溫度的影響，很難達到完全補償。第20頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@溫度在較低濃度時，電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系可以表示為式中：t為溶液溫度，℃；t0為基準溫度，25℃；kt、kt0為溶液溫度分別為t和t0時的電導(dǎo)率，·cm-1；β1、β2、…βn…

為溶液的電導(dǎo)率溫度系數(shù)。由于β2(t-t0)及以后各項的值很小，可忽略不計，上式可簡化為第21頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系溫度(°C)0.010.101.010.00102030405060708090100電導(dǎo)率(μS/cm)0ppb129ppb40ppb395ppb840ppb1730ppb4390ppbNaCl濃度第22頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@對大多數(shù)溶液來說,溫度系數(shù)大約為2%/℃超純水具有自己的溫度系數(shù)(2.3<α<7)并且是非線性的第23頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@電極極化若電導(dǎo)池加直流電壓：濃差極化化學(xué)極化電極極化反向電場/反向電勢/電極有效面積減小電導(dǎo)率偏小消除極化的影響，采用交流電源和增加電極表面積的方法第24頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@電極系統(tǒng)的電容為了消除極化的影響，電導(dǎo)池采用交流電源，此時，電導(dǎo)池就不是一個純電阻元件，還要呈現(xiàn)出電容靜電容:電極和溶液接觸處的兩層電荷之間形成，該電容與溶液電阻相串聯(lián)電解質(zhì)電容:因電荷的互相遷移及電荷對于電極的遷移所形成的，該電容與溶液電阻相并聯(lián)幾何電容:兩極板所形成的電源的頻率越高，電容的容抗越小，相對而言，對溶液電阻的旁路作用越大，相當于增大了溶液的導(dǎo)電能力，使電導(dǎo)率的測量值增大。在一些電導(dǎo)率儀，一般設(shè)置了電容補償電路、相敏檢波電路或用二次脈沖測量法，以減少或消除電導(dǎo)池電容以及電纜電容的影響。

合適的工作頻率(>100μs/cm,選用1000Hz;<100μs/cm選用100Hz)第25頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@溶液中的氨對電導(dǎo)率的影響工作介質(zhì)加氨和加聯(lián)氨處理與水分子作用后產(chǎn)生離子，增加了溶液的導(dǎo)電能力消除可溶性氣體影響的方法離子交換采用陽離子交換樹脂，不僅除氨，水中其它鹽類的正離子也進行了交換電導(dǎo)率平均放大了3.1~3.3倍陽離子電導(dǎo)率第26頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@溶液中雜質(zhì)的影響懸浮物、膠體以及其它固體物附著在電極的測量表面實際電極常數(shù)發(fā)生改變斜率漂移處理修改儀器的斜率對儀器進行溶液測量校正若斜率漂移超過50％，對電極進行清洗第27頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@3.純水電導(dǎo)率（1）純水的理論電導(dǎo)率純水中存在如下的電離平衡：

H2O←→H++OH-；平衡常數(shù)：KW=[H+].[OH-]/H2O=10-14 [H+]=[OH-]=10-7mol/L

查手冊得摩爾電導(dǎo)為：

λH+=349.82μS.cm-1/mmol.L-1 λOH-=198.6μS.cm-1/mmol.L-1

計算出25℃純水的電導(dǎo)率為：

КH2O=10-7×1000×548.42=0.0548μS.cm-1電阻率: ρH2O=1/КH2O=18.29(MΩ.cm)≈18.3(MΩ.cm)第28頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@（2）與大氣平衡的高純水的電導(dǎo)率空氣中的CO2含量按積計約為0.03％，大氣中CO2分壓為3.2×10-5MPa,25℃時[H2CO3]=1.07×10-5mol/L,經(jīng)計算: [H+]=2.2×l0-6mol／L(pH=5.66) 其它各離子的濃度為: [OH-]=4.5×10-9mol/L [HCO3-]=2.16×10-6mol/L [CO32-]=4.6×10-11mol/L查手冊得摩爾電導(dǎo)λHCO3-和λCO32-

，計算得25℃時與大氣平衡高純水的電導(dǎo)率為0.86μS.cm-1。第29頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@4.電導(dǎo)率/電阻率/TDS范圍電導(dǎo)率和電阻率在25°C時測得;TDS表示為氯化鈉(NaCl)第30頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@三、電位式儀表1.基礎(chǔ)知識2.pH表及影響測量精度的因素3.pNa表及影響測量精度的因素第31頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@1.基礎(chǔ)知識測量原理

----原電池陽極：發(fā)生氧化反應(yīng)的電極（負極）；陰極：發(fā)生還原反應(yīng)的電極（正極）；陽極≠正極陰極≠負極電極電位較正的為正極第32頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@電極電位一個原電池是由兩個半電池組成的兩電極的電極電位不同，電池電動勢半電池中金屬電極與溶液間的電位差叫做該電極的電極電位電極電位不僅與金屬的種類有關(guān)，而且與溶液中該金屬的離子活度有關(guān)第33頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@能斯特方程能斯特（Nernst）方程是表示原電池電動勢與反應(yīng)物離子活度之間定量關(guān)系的公式，是電位式分析法的理論依據(jù)。

式中，E——電極電位，V；

E0——標準電極電位，V；

n——得失的電子數(shù)（即離子的化合價）；

F——法拉第常數(shù)，96485C/mol；

R——氣體常數(shù)，8.314J/(mol·K)；

T——熱力學(xué)溫度，K（=273.15＋攝氏度）；

氧化態(tài)——氧化態(tài)物質(zhì)的活度，mol/L；

還原態(tài)——還原態(tài)物質(zhì)的活度，mol/L第34頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@電位式儀表（即離子計）測定時，參比電極的電極電位保持不變，電池電動勢隨指示電極的電極電位而變，而指示電極的電極電位隨溶液中待測離子活度而變。把難以直接測量的化學(xué)量——離子活度變成容易測量的電學(xué)量——電動勢，通過測量電動勢來達到獲知某種離子活度的目的，從而知道這種離子在溶液中的濃度。第35頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@測量傳感器及能斯特方程的應(yīng)用離子計的測量池由指示電極和參比電極組成。指示電極以離子選擇性玻璃電極為例。離子計測量池玻璃電極參比電極內(nèi)參比敏感膜E第36頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@根據(jù)能斯特方程玻璃電極的電位為參比電極的電位為

第37頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@兩極的電動勢

，由于a[X]除外，其他都可視為常量，再加上各界面的液接電位和膜的不對稱電位等，整理后式中，E0包括了參比電位、玻璃電極內(nèi)參比電位、各界面的液接電位，膜的不對稱電位等常數(shù)項；a[X]為待測溶液某種離子的活度。第38頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@當測量H＋離子時pX就是pH，當測量Na＋離子時pX就是pNa當溶液中離子濃度很稀時，活度等同于濃度。若將待測離子的摩爾濃度的負對數(shù)用pX來表示，即；而用S（斜率）來表示，則第39頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@2.pH表及影響測量精度的因素pH測量原理影響因素第40頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@測量原理pH測量是基于電化學(xué)分析原理。選擇對氫離子濃度敏感的電極作為測量電極（也稱指示電極），通常選用玻璃電極，選擇在溶液中對pH測量電位恒定的電極作為參比電極，通常選用甘汞或銀－氯化銀電極。由測量電極和參比電極組成一對化學(xué)原電池，其電極電位與溶液的pH值符合能斯特公式：式中，E為電極電位，mv；E0為標準電極電位（對于某一確定電極而言E0為常數(shù)），mv；R為摩爾氣體常數(shù)，8.315J?K-1?mol-1；T為熱力學(xué)溫度，K；F為法拉第常數(shù)，96485C?mol-1

第41頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@校正原理一點校正根據(jù)標準溶液的pH值和測量的電極電動勢E即可確定使用電極系統(tǒng)的E0電極的斜率默認為能斯特公式的理論值二點校正根據(jù)二種標準溶液的pH1、pH2值和二次測量的電極電位E1、E2，確定使用電極系統(tǒng)的E0和電極的實際轉(zhuǎn)換斜率S。第42頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@影響儀器測量精度的因素溫度、溶液離子強度、共存離子、溶液酸度、溶液純度、測量條件、儀器、電極、儀器的使用和維護等因素都會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。第43頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@（1）溫度的影響由能斯特方程對溫度求導(dǎo)得到：溶液的溫度系數(shù)項能斯特溫度系數(shù)項電極標準電位溫度系數(shù)項實際測量過程中，要盡量保持樣品與標準溶液的溫度恒定在一個較小的溫度范圍內(nèi)(25±2℃)，以減小或消除溫度對測量的影響第44頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@（2）溶液離子強度的影響電極電位與活度的對數(shù)呈線性關(guān)系在高濃度溶液中，離子的有效濃度（即活度）小于其真實值只有當離子的活度系數(shù)接近于1，即被測溶液的濃度較稀時，才能保證測量的準確性第45頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@（3）共存離子的干擾一般離子選擇性電極對相應(yīng)的被測離子有很強的選擇性，但當溶液中存在干擾離子時，共存的干擾離子對電極會也會產(chǎn)生一部分響應(yīng)電位，給測量造成一定的誤差電極的選擇性系數(shù)干擾離子對電極影響造成的測量誤差一般為正誤差。樣品溶液中含有干擾物質(zhì)時，應(yīng)根據(jù)具體情況采取適當?shù)念A(yù)處理以消除干擾，或采用抗干擾性能較好的電極，必要時改變測量方法。第46頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@（4）溶液酸度的影響溶液的酸度對離子選擇性電極有一定的影響電極適用的pH范圍與電極的類型和溶液中待測物質(zhì)的濃度密切相關(guān)第47頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@（5）溶液純度的影響測量超純水pH時會產(chǎn)生明顯的誤差，而且純度越高，測量的誤差也就越大why?可能原因:溶液阻值過大液接電位增大（相對于標準溶液）電磁干擾靜電荷問題第48頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@（6）測量條件的影響溫度光照電極的位置攪拌、流速標準溶液第49頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@（7）儀器的影響儀器的測量精度-測量濃度的誤差與E的測量誤差有關(guān)電動勢測量誤差△E(mV)測量的離子濃度相對誤差(%)±1價離子±2價離子0．20.781.560．51.953.891．03.897.783．011.6723.345．019.4538.90從上表可以看出，當變送器的測量誤差大于1mV時所引起的濃度的測量誤差是比較大的，特別是高價態(tài)的離子，其測量誤差更大，所以一般要求變送器對電動勢的測量誤差要小第50頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@儀器的輸入阻抗儀器設(shè)計、制造時，一般能保證輸入阻抗大于電極系統(tǒng)內(nèi)阻1000倍以上，以保證測量精度使用過程中，可能因各種原因?qū)е螺斎胱杩菇档蜏y量電路污染儀器受潮電纜問題第51頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@（8）pH電極性能的影響電極的內(nèi)阻響應(yīng)速度響應(yīng)斜率零電位電極的污染第52頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@（9）儀器的使用和維護對測量的影響存在電極老化、污染以及儀器本身測量電路產(chǎn)生漂移等情況，必須定期對儀器進行校驗。長久擱置不用的電極，必須活化。使用一段時間的電極，應(yīng)對其進行清潔工作。注意防塵、防潮；避免陽光直射；環(huán)境溫度應(yīng)在0~40℃；要盡量避開干擾源及強電磁場環(huán)境；儀器的接地要良好。第53頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@3.pNa表及影響測量精度的因素鈉離子濃度與鈉電極的電動勢呈對數(shù)關(guān)系，符合能斯特方程。第54頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@影響測量精度的因素（1）儀器的標定不準確標準液的濃度流動電極杯的體積標定操作（2）溫度同pH計（3）溶液中共存離子的干擾（4）儀器的測量誤差同pH計（5）測量環(huán)境不良引起的測量誤差（6）對儀器維護不當產(chǎn)生的測量誤差（7）鈉電極性能的影響第55頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@四、電流式儀表1.基本知識2.溶解氧表及影響測量精度的因素3.聯(lián)氨表及影響測量精度的因素第56頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@1.基本知識電流式分析儀器的傳感器能把被分析的物質(zhì)濃度的變化轉(zhuǎn)換成電流傳號的變化。按工作原理不同，可分成原電池式和極譜式原電池式傳感器：被分析物質(zhì)(如溶解氧、聯(lián)氨)參與原電池的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一個與被測物質(zhì)濃度相關(guān)的電流信號，檢測其電流就能獲知被分析物的濃度。這類型的傳感器又可分為接觸式、復(fù)膜式、洗出式。極譜式傳感器：在傳感器的陽極與陰極之間加一個直流工作電壓，在測量過程中，水樣中的被分析物質(zhì)(如溶解氧）在電極上發(fā)生反應(yīng)，同時產(chǎn)生與被分析物質(zhì)含量成比例的擴散電流。第57頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@2.溶解氧表及影響測量精度的因素氧表的測量是基于金陰極和銀陽極的CLARK電極。PTFE氣體滲透膜阻止電極與樣水直接接觸，常溫下，氧的滲透率與經(jīng)過膜的氧濃度梯度成正比。滲進電解質(zhì)溶液的氧氣在金陰極被氧化成OH-在銀陽極上Ag被還原，電極反應(yīng)如下：02+2H20+4e→0H-金陰極Ag→4Ag++4e銀陽極電子轉(zhuǎn)移的動力是電極對之間的電勢差，該電勢差由電子放大器提供，通過流通池的電流取決于陰極上減少的氧量，并且與樣水中氧的濃度成正比。由此可見，該表的測量是基于典型的極譜原理進行分析的第58頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@影響測量的主要因素（1）水樣溫度的影響

水樣溫度對傳感器響應(yīng)的影響比較明顯，在水中溶解氧濃度不變的條件下，溫度t與傳感器極限電流的關(guān)系

原因： （a）透氣膜的透氣率隨溫度變化；約3%/℃ （b）當水樣溫度升高時水中溶解氧的溶解度降低，當水樣流過傳感器時，較多的氧從水中逸出，使透過薄膜的氧增加，相反，則減少； （c）電極反應(yīng)的速度與溫度有關(guān)

第59頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@(2)被測水樣流量的影響因透氣膜是一種彈性微孔膜，在不同的水樣流量下膜的透氣率相差很大，直接影響傳感器的響應(yīng)值和響應(yīng)時間。流速增大，響應(yīng)值減小。(3)透氣膜的影響要求透氣膜透氣性好，又不允許水樣中其他離子透過，且有一定的強度。不同的膜其性能差別較大，透氣性能的優(yōu)劣直接影響傳感器的響應(yīng)速度和靈敏度。第60頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@(4)本底電流的影響支持電解液中溶解氧能產(chǎn)生很大的本底電流，嚴重影響溶氧測量穩(wěn)定的時間。因此，要設(shè)法在傳感器結(jié)構(gòu)上加以改型，盡量克服其產(chǎn)生的影響。(5)水質(zhì)的影響水樣中存在硫化氫、二氧化硫等氣體時，傳感器將受到污染，致使靈敏度下降，清洗周期縮短。(6)壓力的影響水樣壓力影響透氣膜的透氣速度和透氣率。第61頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@3.聯(lián)氨表及影響測量精度的因素聯(lián)氨表也是是以電流分析法為基礎(chǔ)

工作電極（陽極、負極）實現(xiàn)聯(lián)氨氧化成氮氣和水的功能：

陽極聯(lián)氨

N2H4+4OH-=N2+4H20+4e-

陰極水

4H2O+4e-=2H2+4OH-

電荷傳送產(chǎn)生電流，其值正比于聯(lián)氨的濃度由于雙電極有嚴重的缺陷：工作電極的電位隨水化合物和電解電流變化，將導(dǎo)致零點漂移，因此又反過來影響系統(tǒng)的在線性。通過使用三電極技術(shù)解決這些問題，使鉑陽極（工作電極）電位相對參比電極電位而成為恒定電位第62頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@影響測量準確度的因素（1）鉑電極的面積

鉑電極的面積與檢測池的電流信號的大小成正比（2）水樣流速：

水樣流速在一定范圍內(nèi)與電流信號的大小成正比（3）水樣的pH值 水樣的pH值小于8時電極反應(yīng)不穩(wěn)定 用二異丙氨堿化水樣使PH值大于10.2（4）水樣溫度

聯(lián)氨的擴散系數(shù)是溫度的函數(shù) 采用自動溫度補償（5）離子干擾

當水樣中的Fe3+小于1000ug/l，Cu2+小于200ug/l時干擾誤差較小。 如果Fe3+太高，聯(lián)氨容易被化合。

Cu2+太高能與N2H4形成絡(luò)合物，從而對測量產(chǎn)生干擾。第63頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@五、光學(xué)式儀表1.基礎(chǔ)知識2.分光光度計及測量影響因素3.硅酸根表及測量影響因素4.磷酸根表5.濁度表第64頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@1.基礎(chǔ)知識朗伯-比耳定律是吸光光度法的理論基礎(chǔ)和定量測定的依據(jù)。當一束單色光穿過有色透明的溶液時，吸光度與溶液的厚度和溶液的濃度成正比。

或?qū)⒍x為透光率T，定義為吸光度A，朗伯—比爾定律為：第65頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@2.分光光度計及測量影響因素分光光度計是典型的吸收光譜測量儀表，傳感器部分主要由光源、單色器、吸收池、信號檢測器等組成。（1）光源可見光分光光源采用鎢絲白熾燈或碘鎢燈；紫外光光源采用氫弧燈或氘燈。為使光源的強度穩(wěn)定，光源燈的供電采用直流穩(wěn)流電源或穩(wěn)壓電源（2）單色器單色器是將來自光源的復(fù)合光分解為單色光，并分離出所需要波段光束的裝置棱鏡分光光柵分光第66頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@（3）吸收池吸收池也稱比色皿，它的尺寸決定透光液層的厚度。用可見光時可采用玻璃比色皿，用紫外光時要采用石英比色皿（4）信號檢測器信號檢測器用來檢測透射光的強度，并轉(zhuǎn)換為電信號。常用的光電轉(zhuǎn)換元件有硅光電池、硒光電池、光電管、光電管倍增等，分光光度計多采用光電管或光電倍增管第67頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@分光光度計的測量原理配制所要測量的某種物質(zhì)的一系列標準樣品n個，顯色處理后待測。用空白水樣放入光路進行調(diào)零，將此時測到的透射光強度定為透光率100％，調(diào)整儀器至T=100％，即吸光度A＝0（A＝-lgT）。依次將n個標準樣品進行測量，n個不同的透光率得到n個吸光度，因而作出一條濃度與吸光度對應(yīng)的曲線。將被測樣品顯色后進行測量，其吸光度與曲線對照后，得出濃度值。第68頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@影響儀器測量精度的因素(1)比色皿的影響材質(zhì)、厚度、長度。不混用，保持清潔(2)單色光波長的影響光源單色性越好，分析精度越高。在保證光強足夠的情況下，盡量調(diào)小出光狹縫，以提高測量單色光的單色性(3)光電元件的光電轉(zhuǎn)換特性的影響一定范圍內(nèi)保持線性，老化、性能變差，應(yīng)更換(4)測量操作產(chǎn)生的誤差顯色劑用量、溶液pH值、溫度和顯色時間(5)儀器工作電源的穩(wěn)定性電源電壓波動太大，會使鎢燈的工作電源電壓產(chǎn)生波動，導(dǎo)致儀器測量光的強度產(chǎn)生變化，給測量造成誤差第69頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@3.硅酸根表及測量影響因素在低pH條件下，溶于水的二氧化硅與鉬酸鹽反應(yīng)生成黃色的硅鉬酸鹽復(fù)合物(俗稱硅鉬黃)，該復(fù)合物在還原劑的作用下被還原成深藍色的鉬藍合成物(俗稱硅鉬藍)。用測量鉬藍來對硅含量進行光度分析實際上比測量硅鉬黃更靈敏。硅鉬藍的生成與溶液的pH值、還原劑的量都有很大的關(guān)系。磷酸鹽與硅酸鹽的化學(xué)性能相似，同樣可以與鉬酸鹽生成黃色的磷鉬酸鹽復(fù)合物并在同種還原劑中還原成鉬藍化合物。為了防止磷酸鹽對硅含量測量的影響，采用加掩蔽劑抑制磷酸鉬藍的生成，排除磷酸鹽對硅酸根測量的干擾。通過加蔽劑，允許樣液中有10倍于SiO2的磷酸鹽存在。第70頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@不同的儀表廠家根據(jù)顯色反應(yīng)的模式對流路的設(shè)計不同，常見的有流動式反應(yīng)和靜態(tài)式反應(yīng)兩種流動式由蠕動泵和反應(yīng)盤管組成靜態(tài)式由柱塞泵和混合攪拌器組成第71頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@儀表的校準零點校準由于沒有真正的無硅水，硅表的零點校準就成了一個問題。實驗室硅表的調(diào)零方法是經(jīng)典的零點校準法，俗稱“倒加藥”調(diào)零。它將硅酸根顯色處理過程中需要添加的試劑按相反的順序加入水樣中，使其無法生成硅鉬藍，但卻包含了試劑本身的顏色，以此確定為硅表的零點在線硅表零點校準的方法大約有三種類型：排除鉬酸鹽調(diào)零法直接輸入法倒加藥調(diào)零法第72頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@斜率校準很多儀表都可設(shè)置用標準溶液定期進行自動斜率校準也可根據(jù)需要進行手動校準第73頁，共83頁，2023年，2月20日，星期一wsyang@由于透射光強度是絕對值，而透光率是相對值，因此需要一個參比值作對比（這相當于分光光度計的空白樣）。為了得到這特定的參比值，流動式硅表一般采用雙光路，參比側(cè)和工作側(cè)各有一個光電池，同時得到參比值和測量值。對于靜態(tài)式硅表，每個測量周期在加入試劑前測得一個