工业用水pH值测定的影响因素分析

工业用水pH值测定的影响因素分析

刘芳 李敏瑞 孙丽红 周升侠

大庆石化公司质量检验中心

摘要：为了找出导致在线PH值偏低的主要原因，以及在线PH表示值与实验室测量值之间存在误差的原因，运用电化学原理，探讨了可能的影响因素。经分析，认为是由于水溶液密封不好，使大气中的CO2污染了水体，致使pH值与在线PH计读数出现差异；由于温度及大气中CO2的存在，导致水样PH值与实验室测量值之间存在一定的差异。同时，本文还提出了一种新的思路，即通过改变水溶液的PH值来代替传统的测试方法。

关键词：PH计；影响因素；解决措施

在化工、化纤等行业，锅炉给水、离子交换工业用水和生产用水中，均要进行PH值的测定。工业用水中PH值的精确测定是保障工业生产高品质操作的前提，同时也是降低水蒸汽系统腐蚀、盐垢等问题的关键。针对工业用水、凝结水等高纯度水质，在线PH检测仪器信号易受流量、电极材料、流动电位、电位等因素的影响，出现示值波动不稳的现象，其PH值与试验室采样得到的PH值往往相差很大。另一方面，在实验室测试时，由于纯水的离子浓度较小，导致电极反应速度较慢，难以实现平衡，经常会产生读数漂移、重复性差等问题。对在线计量仪器测定结果产生偏差的原因进行了分析，并给出了相应的解决方法.

1实验原理

pH（酸性）计是一种常用的电化学分析设备，它由电流表和测量电极构成，通常用于水溶液PH值的测定，在化工、科学研究、质检、环境监测、食品安全、医院检验等领域有着重要的应用。本发明涉及一种新的测定方法，它是利用PH标准缓冲液的电势对酸碱计的电极进行标定，再利用电极测定溶液的电解电位值，由溶液能量特斯等式求出目标溶液的PH值，如等式（1)：

式中：PHX,PHS——目的溶液和标准缓冲溶液的PH；ES, Ex——标准缓冲液，试样溶液的电势；R--以焦耳/（摩尔. K）表示的气体常数；F-用 C/摩尔表示的法拉第常数；T--热力学温度；K、k是能特斯（Nertz）方程的理论斜率.

2 工业用水PH值测定的影响因素分析

2.1 二氧化碳对PH的影响

在实验室测定水样PH时，一般采用开放式烧杯中进行，而大气中的二氧化碳极易对其产生干扰。通过对新制纯净水在大气环境下和密闭环境下的PH值进行比较，发现在封闭环境下测量的纯水的PH值较为平稳，而在大气环境下测量的纯水的PH值却比密闭环境下的要低，并且随着纯水的曝露时间的延长，PH值也会先上升后下降。在对样品进行PH测量时，PH值首先上升标志着体系达到平衡态的过渡阶段，之后PH值的降低与大气中的CO2浓度有关。在封闭的空间内，常规的实验室难以实现对水体PH的检测，但在线PH计所测样品是在一个密闭的容器内，可以在某种程度上满足这一要求。这导致了在线PH计测值与实验室PH计测值之间存在一定的差异，而在线PH计测值通常比实际PH值低，而在线PH计能够真实地反映出纯水的PH。

2.2PH变化与温度的关系

根据能斯特方程，我们知道温度是一个非常重要的因子，它对测量结果有很大的影响。在不同的温度条件下，其PH值也是不一样的。依据PH基准认证证明，不同PH值标准溶液在不同温度下的PH值存在差异，经分析发现，与邻苯二甲酸氢钾（酸性）相比，硼砂（碱性）的PH更容易受到温度波动的影响，因此，在标定之前，需要对待测溶液的温度进行特殊的注意，以确保标样的温度与目标物的温度相近，如果相差较大，则采用恒温水槽控制温度。

实验室PH计的测试方法，其基本原理是：以被测电极和参比电极构成的工作池在溶液中的电位差为基础，将被测溶液酸碱度与工作池电位的线性关系转化为PH值，并将其转化为PH值。可以用能斯特方程（Nernsted method）来表达其所测电极的电势。在计算过程中，如果溶液的温度系数是不能被计算出来的。尽管实验室用PH计标注有自动温度补偿的功能，但按照实验室PH计的测定原理及构造，它仅对温度对PH计测定的影响进行了补偿，而没有对温度对样品自身的干扰进行补偿，不能彻底排除温度对样品PH值的影响，从而导致测定的样品PH值与在线PH测定值存在较大的偏差。

3提高水溶液pH测定准确度的解决措施

3.1 减少温度变化对PH测定的影响

就在线测量PH值而言，可以在因子工业用水机组上加装温控设备，并在整个脱盐系统管线上增加一层隔热层，最大限度地降低水的损耗，保证工业用水的温度在25±1℃以下；对于室内测试，一是要将现场采集的工业用水及时送到检验实验室，二是在进行除盐试验时，可以用空调把实验室的环境温度和水样的温度保持在±1℃以内，尽可能地降低由温度引起的测量误差。

3.2消除CO2对水溶液pH测定的影响

在开放式烧杯中测定除盐液的PH，不可避免的要与空气接触，而大气中的二氧化碳等其它物质的溶解与吸附也要经过一段时间，通过合理的操作，可以将大气的影响降到最低。在野外采样时，采用合适的压力、流速，从采样瓶中抽取样品，直至溢出，盖上盖子；在实验室进行

PH值测试时，应尽可能地增加烧杯中的脱盐量，将电极尽可能地插入烧杯底部，但不能触及烧杯的内壁，也不能摇晃烧杯或电极，以减少空气的干扰。

3.3用已测得的水溶液的PH来测定电导率

对于工业用水，可考虑在线测量来代替实验室pH值测定。一方面，电导率是通过测定溶液阻抗，然后转化成电流，几乎不会受到除盐液中静电电荷的影响，因此，电导率对PH值的变化更为敏感，当脱盐液PH值从7开始下降1时，电导率就会增加10倍左右；另外，由于电导率计采用了两片金属片构成，因此不会受到外部环境的影响，从而保证了测量结果的稳定性和准确性。总之，用电导法将会比PH更精确、更可靠。利用室内动力学模拟试验，证实了将电导率转换为PH值的可行性，并证明了将电导率转换为PH值（pH>8.5，氢气电导率<0.3µ S/cm）时，将电导率转换为PH值，其误差仅为0.01，并具有过程稳性，因此，使用这种方法获得的PH值要高于使用计量仪器所测的PH值。

4结语

（1）根据电化学原理计算及现场调查，确定了在线工业用水PH计测定结果出现偏差的主要原因是通气孔与溢流管密封不严，使气体与水溶液接触，使PH值几乎一致的在线PH值与实验室PH值的偏差。

（2）温度，大气中的CO2浓度，均会导致水溶液PH值的实验室测量结果和在线PH值之间的差异。通过对取样过程的控制，对实验室环境温度条件进行控制，控制采样过程中电极插在水样中的位置，可以降低测量结果的误差；为了减少测量误差，还可以考虑用在线测定工业用水的PH来代替工业用水的电导率。

参考文献：

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