鈀pH電極的製作方法
2023-05-31 18:56:11 3
專利名稱：鈀pH電極的製作方法
技術領域：
本發明為鈀pH電極，屬溶液pH值測量技術。本電極可取代玻璃電極及它種金屬電極在化學、生物學、醫學、環境保護、食品衛生、化學工程等部門中，用於溶液pH值的測量及pH值的傳感原件。
在本發明出現之前，能斯特(Nerngt)方程的出現，將熱力學與電化學中的原電池現象聯繫起來，從而為溶液pH值的測量提供了理論依據。人們採用過的具有實用價值的pH測量電極有H(Pt)電極、醌－－－氫醌電極、銻電極(局限性較大)、玻璃電極等。玻璃電極能適用於多種化學環境，在pH2～12範圍內符合能斯特方程，到目前為止，它已風行於世達四十餘年。但是玻璃電極仍存在一些缺點，這些缺點為1.測量較強酸鹼時，pH值存在酸、鹼誤差；2.玻璃電極內阻較高(數十兆歐姆至一千餘兆歐姆)；3.易碎；4.由於玻璃結構的熱力學不穩定性，在電極製成後一至二年內玻璃逐步結晶化而使電極失效。
本實用新型的目的是提供一種具有以下多種優點的pH電極－－鈀pH電極。其優點是1.具有熱力學穩定性，可長期反覆使用；2.結構牢固；3.內阻低；4.測量值符合能斯特方程且精確恆定；5.使用前無須浸泡；6.適用於多種化學環境；7.可使用現行pH計進行測定。故本電極是pH測量電極發展過程的一次變革。
鈀pH電極與氫(Pt)電極測量溶液pH值的原理一致，即以測量Pd，H2H＋的界面電位作為判斷溶液pH值的依據。但本電極所需氫是採用電解方法在鈀膜一側產生，利用氫可溶於鈀並能擴散到另一側的作用，從而與另一側待測溶液中的aH＋形成穩定的界面電位。此法具有氫的製法簡便、高純、穩定；且溶解在鈀中的氫在鈀的另一側界面處與氫離子形成電位時，表現出較高壓強，使電位向正方向移動了約600餘毫伏，從而避免了多種離子如Fe3＋等具有較高氧化一還原電位的影響；又因氫氣不在待測溶液中析出，這樣就消除了氫(Pt)電極的缺點。
鈀pH電極測量溶深pH值原理如圖1所示，在鈀電極a內裝有適量硫酸鈉溶液，在電極玻管1內的鉑電極2與管端鈀膜3間通以恆直流電使水電解，氧在鉑極析出，氫在鈀膜管內側生成，擴散至外側與待測溶液中的H＋建立H2／aH＋電位，此界面電位與待測溶液中的甘汞電極b配對形成原電池，原電池電動勢經電位器8調節後，送入現行玻璃一甘汞電極pH計，按完全相同的定位法定位並測出待測溶液的pH值。
一.電源及測量迴路鈀電極的電解制氫部分需要恆流電源，而為了將鈀電極的pH電位調節到能用現行玻璃電極的pH計配合使用的目的，需用恆壓源。為此發明人設計了如圖2所示的簡單單點聯接雙迴路。
此線路經數月通電工作考查，證明穩定可靠，電路中所有接地點(即負極)應聯成一線但並不真正接地最後通過4.7K電位器9的滑觸端10引出接玻璃電極pH計的玻璃電極插孔。
二.
圖1鈀電極工作原理a.鈀電極；b.甘汞電極；1.鈀電極玻管；2.鉑電極；3.鈀膜；4.不繡鋼絲及細玻管套管；5.硫酸鈉溶液；6.待測pH值溶液；7.鈀電極內電解制氫電源；8.電位調節；9.接pH測量儀。
圖2電源及工作線路1.雙8伏變壓器；2.1A二極體；3.100μF(50伏)電解電溶器；4.7808穩壓集成塊；5.3DX201電晶體；6.鈀電極；7.20K可調電位器；10.接pH計玻璃電極插孔。(注)負極並聯不接地。
圖3鈀電極構造圖一1.電極玻管；2.鉑電極；3.鈀膜；4.不鏽鋼絲及細玻璃套管；5.鈀膜外絕緣漆層及聚乙烯套管；6.硫酸鈉溶液；7.環氧樹脂；
8.端帽；9.電極導線；10.插頭；11.加液口。
圖4鈀電極構造圖二1.電極玻管；2.加液口；3.鉑電極；4.U形端鍍鈀絲(或鈀絲)；5.不繡鋼絲及細玻管套管；6.玻膜管底；7.硫酸鈉溶液；8.環氧樹脂；9.端帽；10.電極導線；11.插頭；12.聚乙烯保護管套。
三.鈀電極的結構1.鈀電極結構一如圖3所示，電極管是一玻管，其下端略細，外徑約5毫米，此處是極頭位置。極頭是一鈀膜(片)形成的套，使電極玻管下端成一盲端。套內壁依靠銅鍍層與電極玻管緊密聯接。鈀套外面是自固絕緣漆層，漆層外面是聚乙烯保護短管。鈀膜(片)管底外側中心部位，不能有覆蓋物。在電極管內側，鈀膜(片)上與一不繡鋼絲緊密焊接，鋼絲套有一細玻管，以上是鈀極頭。
管內除上述不繡鋼絲外，尚有一鉑電極，二者在電極管上端分別與絕緣導線的兩股連接，並有端帽在電極管口上端用環氧樹脂固定，導線另一端接二極插頭。
電極管側面有一加液口(同時是排氣口)，由加液口加入電解質溶液(例如硫酸鈉溶液)，此加液口在電極不使用時用橡皮塞塞住，使用時去掉。
2.鈀電極結構二如圖4所示，電極玻管下端略細，外徑約5毫米，並有一玻璃膜底使管下端成為一盲端，此處是極頭所在位置。極頭是一下端彎成U形並於U形處鍍有鈀層的不繡鋼絲(或帶)，此U形鍍鈀絲(也可用純鈀絲或帶)由管內穿過玻璃膜底引出管外，再又穿過玻璃膜底回到管內，留下一段在玻璃膜底層外，此鈀絲緊固於玻璃膜底層上形成極頭。不繡鋼絲在管內部份套有細玻管，極頭外套有聚乙烯保護短管。
管內除上述不繡鋼絲外，尚有鉑電極，二者在電極管上端與絕緣導線的兩股相聯接，並有端帽在電極管口上端用環氧樹脂固定，導線另一端接二極插頭。
電極管側面有加液口(同時是排氣口)，由加液口加入電解質溶液(例如硫酸鈉溶液)，此加液口在電極不使用時用橡皮塞塞住，使用時去掉。
四.鈀電極的製作1.鈀電極結構一的製作如圖3所示，電極玻管用「九五」玻管吹製成，下端略細，約5毫米，有側管。
鈀極頭先將玻管下端磨平、砂毛、倒稜，並在距下端4毫米處刻一環槽，用化學法在刻槽至下端鍍一銅層，再用電鍍法將銅層加厚，將園形鈀片、管內不繡鋼絲下端、鍍銅層下端三者焊接成極頭管套，然後將極頭整體鍍銅，再整體塗一層臨時保護絕緣漆，在管口下端漆層中心部，將漆除去一小園片，用電化學腐蝕法將小園片處的銅層除去(電化學腐蝕法是以管口處作正極，用氨性硫酸鈉溶液進行電解，使銅層變成銅氨絡離子溶解掉)，用燒鹼液洗去臨時漆保護層，再將極頭整體鍍鈀，使與鈀片成一鈀套，外面塗以自固絕緣漆但底部中心鈀膜裸露，其外為聚乙烯保護短管。
電極管安裝在上述作好鈀極頭的玻管內裝入鉑電極，在不繡鋼絲上套一細玻管，此二電極上端分別與絕緣導線的兩股相連，導線另一端與二極插頭相連，安裝端帽，用環氧樹脂將電極管上端封固。
電極管內鈀片上因焊接操作常附有焊錫等金屬，可經加液口向電極內注入氨性硫酸鈉溶液，以鈀為正極、鉑為負極進行電解腐蝕，這種方法可將鈀上其它金屬清除乾淨。
用去離子水將電極管內洗淨，注入近飽和的硫酸鈉溶液，用橡皮塞將加液口塞好，此塞在使用時取下。至此鈀電極的全部製作過程完成。
2.鈀電極結構二的製作如圖4所示，電極玻管用「九五」玻管吹制，有側管，下端略細，外徑約5毫米。
鈀極頭將不繡鋼絲(或帶)下端彎成U形，在U形部位電鍍銅層，再鍍鈀層(也可用純鈀絲「帶」)，鍍鈀層厚度要求30～80微米，用「九五」玻璃絲在鍍鈀絲U形兩邊中部各燒制一個小球，將此絲裝入電極玻管內適當高度，在小球部位燒制玻璃封底膜，使鍍鈀絲有一半留在電極管內，U形底部的一半留在電極管外。管內的不繡鋼絲套上細玻管，極頭安裝聚乙烯保護短管。
電極管安裝在管內裝有鉑電極，其上端及不繡鋼絲上端分別與電極導線的兩股連接並從上端引出，接好二極插頭，安裝端帽，用環氧樹脂封固。
從加液口往管內注入電解質溶液(例如硫酸鈉溶液)，用橡皮塞將加液口塞住，使用時去掉，至此全部製作完成。
五.鈀電極電位隨溶液pH值變化曲線鈀電極電位，根據實驗事實，證明符合能斯特方程，即φ＝φ0－2.303× (RT)/(F) ×pH式中各符號的含義均與一般物理化學書中所用符號相同。大氣壓強的變化，電解部份電流強度的變化，均影響φ0值。特別是鈀膜電流密度的變化，對φ0值的影響尤為明顯。實質上大氣壓強及電流密度的變化都是對氫壓的影響。當採用恆流電源在室溫下進行電解時，電位φ值極為穩定。不同的電極，φ0值不同。從表現上看，這與玻璃電極的不對標電位類似。當採用目前的各型pH計進行測量時，亦可用該pH計上的定位器對鈀電極進行定位。
為了簡明而且直接地說明鈀pH電極的性能，現取江蘇電分析儀器廠1989年3月23日出廠的221型玻璃電極與鈀pH電極對比測定如下
pH計型號SP－1型溶液性質緩衝溶液測定溫度30℃定位pH值6.85
pH計型號SP－1型溶液性質緩衝溶液測定溫度20℃定位pH值6.86
鈀pH電極除在硝酸、王水或含有強氧化劑的酸性溶液如高錳酸鉀酸性溶液中不能使用外，在一般情況下用以測定溶液pH值十分方便準確。
權利要求1.一種鈀pH電極，其結構特徵是電極管下端極頭處緊包鈀膜(片)或緊固鍍鈀絲(帶)，絲(帶)也可用純鈀製作，目的在於經電解時，在極頭內鈀膜(或絲)處產生氫氣，氫溶於鈀，在極頭外側與溶液中的H+形成電位，用以測定溶液的pH值。
2.根據權利要求1的鈀pH電極其特徵是管內還裝有鉑電極和電解質溶液(如硫酸鈉溶液)，以鉑為正極鈀為負極進行電解，在鈀極管內側產生氫氣。
3.根據權利要求1、2 的鈀pH電極，其結構特徵是電極頭處的玻管外，緊密套有鈀膜(片)製成的套，鈀膜套在管內的一側用絕緣導線連接並由上端引出，鈀套膜片外側塗有絕緣漆(但鈀膜片管底中心部位裸露)，外面有絕緣保護短管。
4.根據權利要求1、2 的鈀pH電極，其結構特徵是電極管下端極頭部位用玻膜封閉，將鍍鈀絲(帶)，也可用純鈀絲(帶)，穿過玻膜固定在玻膜封底上，鈀絲在管內一端接絕緣導線，在管外為鈀絲裸露的一端，極頭有保護管套。
專利摘要本發明為鈀pH測量電極，屬溶液pH值測量技術。本電極可取代玻璃電極在多種科技部門用於溶液pH值的測量。本電極在電極玻管下端封裝一鈀膜或鈀絲，並用絕緣不鏽鋼絲從管內引出。管內裝有硫酸鈉電解液及鉑電極。通過鉑、鈀二電極進行電解時，在管內鈀膜側產生氫氣。氫經擴散至外側與待測pH值溶液中氫離子形成電位，測此電位，可直接指示出待測溶液的pH值。本電極具有性能穩定、牢固、內阻低、適應性廣泛、測量值精確、使用方便等優點。
文檔編號G01N27/30GK2100627SQ9120282
公開日1992年4月1日 申請日期1991年2月22日 優先權日1991年2月22日
發明者邢志東 申請人:邢志東