超純水(UPW)、注射用水(WFI)、高純水和去離子水(DI)都是描述基本相同屬性的術(shù)語。這些術(shù)語是指通過去除所有污染物而達到最高標準的水。其中，污染物包括有機和無機化合物、溶解和微粒物質(zhì)、揮發(fā)性和非揮發(fā)性物質(zhì)、反應(yīng)性和惰性物質(zhì)、親水性和疏水性物質(zhì)以及溶解氣體。凈化水的電導率非常低，這就意味著它的電阻很高，因為所有導電成分都已被去除。由于易受污染和溫度的影響，因此很難準確測量低導電溶液的pH值。雖然很難使用傳統(tǒng)pH分析儀獲取準確可靠的讀數(shù)，但是，通過確定造成pH值測量困難的原因并使用合適的設(shè)備，可以實現(xiàn)穩(wěn)定準確的純水pH值測量。

低離子強度純水的電導率低且緩沖能力有限，會導致pH電極漂移，產(chǎn)生不可重現(xiàn)和不準確的結(jié)果。常見問題有：漂移大、流動靈敏度低、溫度補償差。電氣噪聲和干擾會使問題更加復雜。純水的一些屬性對pH值的可靠測量具有不利影響。多年來，人們一直認為無法順利克服這些屬性來實現(xiàn)預期的測量精度和可靠性。受純水屬性影響最大的屬性包括：

參比電極穩(wěn)定性
玻璃電極反應(yīng)
電氣干擾
特殊的T.C.需求

當兩種不同的溶液相互接觸時，冷端會產(chǎn)生電位，被稱為擴散梯度。這種不需要的梯度是由于流體的變化導致離子以不同的速率轉(zhuǎn)移而造成的。這可能會導致參比電位不穩(wěn)定和pH測量異常。過程污染也會在pH測量時造成這些誤差。

由于參比電極的過程溶液和補充溶液之間的離子濃度存在極大的差異，因此在參比電極的液接界易產(chǎn)生明顯的擴散電位。

由此產(chǎn)生的接合點電位可高達20-40毫伏(約0.5 pH)。該電位的任何變化都將表現(xiàn)為一個不穩(wěn)定、漂移的pH值。

過程pH將發(fā)生變化，但是由于該變化是由接合點電位引起的(圖1)，因此該變化是假的。參比補充溶液在高純水中的消耗或稀釋速度更快，導致參比電位不穩(wěn)定且測量結(jié)果不可靠。

由于高純水中沒有導電離子，因此為了使測量電路完整，必須建立從參比電極到玻璃電極的導電參比溶液的物理路徑。如果參比電極上未產(chǎn)生離子(已被消耗)，就沒有穩(wěn)定的參比進行測量。

對策：

通過保持“正壓”參比傳感器(如參比電極中獨特的波紋管系統(tǒng))的流量穩(wěn)定，可以將這些異常最小化或消除。內(nèi)置波紋管可以確保內(nèi)部壓力與外部壓力立刻保持平衡，使傳感器幾乎不受外部壓力/流量波動的影響。波紋管張力引起輕微超壓，可以防止流體進入，并保持陽離子從傳感器流出。該特性特別適用于純水應(yīng)用。

由于純水電導率低，是不良導體，因此當純水流過非導電材料時會產(chǎn)生靜電荷，從而影響pH值參比傳感器。這種靜電荷會產(chǎn)生雜散電流，導致pH值讀數(shù)不穩(wěn)定。

純水在25℃時的電導率值為0.055 µS (18.2 MΩ)。這種液體電阻會導致表面靜電荷的形成，從而可能在溶液中產(chǎn)生“流動電位”(可以模擬pH值的雜散電流)，造成較大的誤差，或者至少會對讀數(shù)產(chǎn)生過度干擾。低阻抗且屏蔽良好的接地電極可以將這些誤差降低到最小值，通常小于±0.05 pH單位。由于典型測量池的電阻很高，因此用于測量池電位的電子器件非常

容易受到其他干擾因素(外來的電噪聲拾取和手電容效應(yīng))的影響。這些靜電荷被稱為液流電位或摩擦電位，相當于用毛料(水)摩擦玻璃棒(玻璃電極)。這種高電阻還提高了測量回路對周圍電氣干擾源的靈敏度。

對策：

建議將帶液體接地電極的pH傳感器與帶雙放大器的pH變送器組合使用。這種配置可以確保對液體接地接點分別放大測量和參比電極信號。這樣可以提供理想的抗干擾強度和雜散電流，從而獲得可靠穩(wěn)定的pH值讀數(shù)。

另一個問題涉及純水的低緩沖能力。當純水暴露在空氣中時，吸收二氧化碳(CO2)會導致pH值下降。根據(jù)溫度和壓力的不同，純水的pH值可能會降到6.2。應(yīng)避免將瞬時樣品放入實驗室儀表，因為大氣中的二氧化碳會污染樣品。同時，必須考慮純水的溫度補償。

為了準確顯示高純水中的pH值，必須解決兩個主要的溫度影響因素。標準的自動溫度補償器只校正其中一種因素，通常稱為“能斯特或電極校正”。

使用描述玻璃電極操作的能斯特方程直接確定其大小(獨立于工藝流體的性質(zhì))。簡單來說，能斯特方程表明，即使被測溶液的實際pH值可能保持不變，但隨著玻璃電極溫度的升高，其輸出電壓會變大。這種影響在pH值為7或接近7時最小，且在pH值超過或低于7時呈線性增加。

第二個影響因素被稱為“平衡或離解常數(shù)校正”。雖然該影響因素通常在規(guī)模上要小得多，但是卻非常顯著。

所有溶液對溫度的變化都有特定的反應(yīng)(離解常數(shù))。根據(jù)溶液的不同，這種反應(yīng)可能與pH值或電導率的變化有關(guān)。純水的離解常數(shù)為0.172 pH/10℃。這意味著純水在50℃時的pH值為6.61，0℃時的pH值為7.47。所涉及的溫度變化量和測量的關(guān)鍵特性決定了是否必須對該影響因素進行補償。(圖8)

通過仔細考慮pH測量回路的這些關(guān)鍵方面，可以減少或消除許多高純度pH的相關(guān)問題。

Bellomatic傳感器簡介

通過多年積累的經(jīng)驗和創(chuàng)新設(shè)計，橫河電機已經(jīng)為之前討論的問題制定了解決方案。采用正壓式電極可以克服參比電極的高擴散電位。橫河電機研發(fā)的這種電極稱為“Bellomatic”。(圖9)

利用大型可再充儲層，該電極可以確保參比電解質(zhì)的恒定流速。這樣可以提供比固定參比電極更長、更經(jīng)濟的使用壽命。另外，電極不受過程壓力的影響，因此無需使用獨立氣壓(因為已使用鹽橋)。自調(diào)節(jié)波紋管產(chǎn)生的正壓可以防止堵塞和污垢，補償過程壓力峰值，并避免過程遷移。