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      纤维表面电荷检测方法的研究(十)


      4章电导率的测量

      4. 1背景知识

          本节对溶液电导率,以及电极电导率测量法溶液导电机理,溶液电导率准确

      测量所面临的问题作一介绍。

      4.1.1溶液电导率[}ss}

          金属导电是靠金属晶体间的自由电子在外加电场的作用下作定向运动实现的,

      Ifu电解质溶液的导电则是靠分布在溶液中的正、负离子在外加电场的作用下分别

      作定向(两者异向)运动完成。这是二者导电的本质区别。从外观看两者十分相

      似,特别是采用交流电源时,溶液的导电问题也可采用欧姆定律处理。一段金属

      导体电}沮为

       试验证明,溶液电导率与其当量浓度、离解系数、正负离子迁移率之和成正

      比。因此由电导率可求得溶液浓度,这称为电导式分析仪器研制的基础。如各种

      酸碱浓度计、盐量计。电导率作为衡量水质和测量溶液浓度的一项重要指标,是

      很重要的化学量。

      4. 1. 2电解质溶液的导电原理[[39][40]

          由电化学知识可知,对电导电极施加直流电,将在阳极上发生氧化反应,在阴

      极上发生还原反应,这就是法拉第过程。这时产生了电解产物,并目_有电极与溶

      液构成电势与外加电势相反的原电池,从}fU使电极间的电流减小,等效溶液电阻

      增加,产生化学极化效应。同时在电解过程中,与电极接近处溶液的离子浓度很

      快减少,由十从溶液中供给离子的速率,较因电子交换}fu失去的离子速率小。因

      }fU电极与溶液的接触面之间失去平衡状态。这也是一种极化效应,称为浓差极化。

          以下介绍双电层的形成,通过双电层可以更好的理解极化效应及电容效应。当

      浸没在电解质溶液内的电极两端有电位差时,电流的瞬间波动可能在电极的表面

      产生过量或不足的负电荷。同时,由十离子是可移动的,紧靠电极的溶液层获得

      相反的电荷。这种效应如图4. 1 (a)所示。带电层由两部分组成:

      (1)紧密内层。其上电位随电极表面的距离增大}fu线性减小;

      (2)分散层。其上电位的减小呈指数关系;紧密内层和分散层的交界面称为外亥姆

          霍兹平面。如图4. 1(b)所示。

       宏观上,对十直流电来说,双电层在形成时需要有瞬时电流通过,电极上若

      无电化学反应,这个瞬时电流很快下降为0,产生电极的极化;对十交流电,每个

      周期内电荷关系都将发生一次颠倒,引起了一系列的电容效应。电极表面交替吸

      引正负离子,离子主要在平衡位置处往复振动,电能主要消耗在这种离子振动所

      产生的摩擦热上。这时每个电极表面都可看作有一个电容在起作用,该电容称为

      双电层电容,数量级常达几十到几百Flcm2。同时在两个电极之间由十电荷的

      相互迁移以及电荷对电极的迁移形成电解质电容。

      4. 1. 3电导率测量面临的问题

          对电导率的测量通常采用电极电导率测量方法、电磁电导率测量方法和超声

      波电导率测量方法。尤其以前两种应用更为普遍。电磁电导率测量实质上是通过

      电磁感应方法测量溶液回路导电能力,通过一个线圈(发射极)在液体回路中感

      应出电压,通过另一个线圈(接受极)接收由十感应电压}fu在液体回路中产生的

      电流。只要保持每一个线圈的圈数恒定,以及发射极驱动电压恒定,则液体回路

      中的电流与电导率成正比。这种测量方法由十不使用电极,不存在电极极化问题,

      也不存在电极表面涂镀耐腐蚀材料和堵塞问题,可在强酸强碱,高温高压等恶劣

      的条件下使用。但该方法的测量机理决定了它只能测量高电导率的溶液,不适合

      高纯水测量,测量范围窄。同时用该方法研制的电导率仪造价较高。}fU相对}fU言,

      电极电导率测量法采用的电极结构简单,造价低廉,测量范围广,本课题就是采

      用电极电导率测量法。

          电极电导率测量方法根据电解导电原理采用电阻测量法间接测量电导率,电导

      测量电极在测量过程中表现为一个复杂的电化学系统,存在许多影响电导率精确

      测量的因素,归纳起来有一下几个方面:

      (1)极化效应。电解过程中,由十电极表面形成的双电层,在电极和溶液之间产生

      与外加电势相反的极化电势,导致溶液电阻有增大趋势,造成误差。

      (2)电容效应。这是采用交流电源的结果。电极和溶液接触处的两层电荷之间形成

      双电层电容。因电荷的相互迁移及电荷对十电极的迁移所形成电解质电容。电极

      引线分布电容可以并入电解质电容,一起考虑。电容的存在不仅改变了两个极片

      间的电阻值,还会造成相移,一起误差。

      (3)温度对测量影响很大。温度直接影响溶液中电解质的电离度、溶解度、离子迁

      移度、溶液的粘渡和溶液的膨胀等,从}fU影响了溶液电导率的精确测量。

          长期以来,寻求克服上述各种因素影响,又便十在电导率仪中简便、可靠实

      现的电导率测量方法,成为技术研究人员和电导率仪生产厂家关注和研究的重要

      课题。

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