基本介紹
- 中文名：參比電極
- 外文名：reference electrode
- 實質：電極電位保持恆定的一類電極
- 用途：測量各種電極電勢
參比電極簡介,詳解,種類,基本要求,類型,適用範圍,硫酸銅電極,
參比電極簡介
測量電極電勢時作參照比較的電極。嚴格地講，標準氫電極只是理想的電極，實際上並不能實現。因此在實際進行電極電勢測量時總是採用電極電勢已精確知曉而且又十分穩定的電極作為相比較的電極。測量由這類電極與被測電極組成電池的電動勢，可以計算被測電極的電極電勢。
參比電極
參比電極在參比電極上進行的電極反應必須是單一的可逆反應，其交換電流密度較大，製作方便，重現性好，電極電勢穩定。一般都採用難熔鹽電極作為參比電極。參比電極應不容易發生極化；如果一旦電流過大，產生極化，則斷電後其電極電勢應能很快恢復原值；在溫度變化時，其電極電勢滯後變化應較小。
詳解
當管道金屬位於某種電解質中時，那么管道的電位不是穩定的。參比電極是這樣一種半電池，它由單一的、可逆的反應這一特性所決定具有穩定的、可逆的電化學位。參比電極的穩定性使其在作為電參考點或用於測量位於土壤或水中的其他金屬電位方面非常有用的。當參比電極通過電壓表處於土壤或水中的其他金屬連線時，參比電極便成為半腐蝕電池。用於測量埋地或水下管道電位的參比電極所具有的電位值通常比鋼鐵的電位更正。
種類
氫電極
用鍍有鉑黑的鉑片為電極材料，在氫氣氛中浸沒或部分浸沒於用氫飽和的電解液中，即可組成氫電極。其電極電勢EH2與溫度T、溶液的pH值和氫氣的壓力pH2（大氣壓）有關。
參比電極式中R為氣體常數；F為法拉第常數；T為熱力學溫度；n為反應中電子轉移數。有時採用與研究體系相同的溶液作為氫電極的溶液，以消除液體接界電勢。氫電極容易失效，應當避免在溶液中出現易被還原或易發生吸附中毒的物質，如氧化劑、易還原的金屬離子、砷化物和硫化物等。
甘汞電極
由汞、甘汞和含Cl-的溶液等組成,常用Hg|Hg2Cl2|Cl-表示。 電極內，汞上有一層汞和甘汞的均勻糊狀混
合物。用鉑絲與汞相接觸作為導線。電解液一般採用氯化鉀溶液。用飽和氯化鉀溶液的甘汞電極稱為飽和甘汞電極，這是最常用的參比電極；而用1N氯化鉀溶液的則稱為當量甘汞電極。甘汞電極的電極電勢與氯化鉀濃度和所處溫度有關。它在較高溫度時性能較差。
參比電極
參比電極銀|氯化銀電極
由覆蓋著氯化銀層的金屬銀浸在氯化鉀或鹽酸溶液中組成。常用 Ag|AgCl|Cl-表示。一般採用銀絲或鍍銀鉑絲在鹽酸溶液中陽極氧化法製備。銀|氯化銀電極的電極電勢與溶液中Cl-濃度和所處溫度有關。
銀/氯化銀參比電極的組成成分
銀/氯化銀參比電極常用於海水和土壤環境中。結構和電極電位會隨著使用環境和CSE參比電極的電位的變化而變化。所含電解質可以是自然海水、飽和氯化鉀、飽和氯化鈉或質量百分數為3.5%的氯化鈉溶液（0.6mol/L）。使用者應注意製造商的建議書和所用銀/氯化銀電池類型的電位值，銀/氯化銀電極具有較高的精確度（一般地說，如果使用和維護正確的話，誤差小於2mV）並且耐用。
汞|氧化汞電極
這是鹼性溶液體系常用的參比電極，表示式為Hg|HgO|OH-。它由汞、氧化汞和鹼溶液等組成，其結構同甘汞電極。它的電極電勢取決於溫度和溶液的pH值。
汞|硫酸亞汞電極
它適用於硫酸溶液或硫酸鹽溶液體系。電極由汞、硫酸亞汞和含SO42-的溶液等所組成，表示式為Hg|Hg2SO4|SO42-。其結構同甘汞電極,它的電極電勢與溫度和溶液中SO42-的濃度有關。
有機電解質溶液體系中，常採用相同溶劑的有機電解質溶液的Ag|Ag+電極和 Ag|AgCl|Cl-電極為參比電極。熔鹽體系中，常用熔鹽Ag|Ag+電極和Pt|Pt2+ 電極,但熔鹽體系尚無統一的標準電極電勢表。
參考書目 D.J.G.Ives and G.J. Jang, Reference Electrodes,Academic Press, New York, 1961.
攜帶型硫酸銅參比電極
適於現場使用，主要用於測定地下金屬管道的自然電位及陰極保護電位，測定土壤中的雜散電流，也可用於測定電纜金屬護套及混凝土中鋼筋的電位。
該電極在土質較粘的地方，可作外加電流陰極保護體系中的控制電位用參比電極。可在各類土壤及淡水中套用。
結構性能：
（1）電極體積小,攜帶方便。腔體由透明有機玻璃或ABS管構成，便於觀察內部硫酸銅溶液的飽和度。
（2）電極電位穩定，電極不易極化。
（3）電極壽命長，電極帽與電極腔體用螺口連線，灌裝溶液方便。一次灌液可使用一年以上。
（4）電極結構牢固，接頭耐腐蝕，微孔膜滲漏速度合宜，無可見液流，可置於衣袋中。
固態參比電極
一種以高分子聚合物為基體的全封閉式固態參比電極，其液絡部含有金屬高氯酸鹽，或金屬硫酸鹽，或金屬氟化物，或矽酸鹽。其內參比電解液的溶劑部分由醇類和水組成，或由丙烯醯胺及其衍生物的聚合物或共聚物和水組成。它可以在溫度高達150℃和壓力高達100公斤/厘米。
基本要求
參比電極是可逆電極體系，它在規定的條件下具有穩定的重現的可逆電極電位。通常對參比電極的主要要求是：
（1）電極的可逆性比較好，不易極化。這就要求參比電極為可逆電極而且交換電流密度大(>10-5A/cm2)。當電極流過的電流小於10-7A/cm2時，電極不極化。即使短時間流過稍大的電流，在斷電後電位能很快回復到原來的數值。
（2）電極電位比較穩定，且較靠近零電位，不易極化或鈍化。參比電極制各後，靜置數天以後其電位應穩定不變。
（3）電位重現性好。不同人或各次製作的同種參比電極，其電位應相同。每次製作的各參比電極，在穩定後其電位也應相同，其差值應小於lmV。
（4)溫度係數小，即電位隨溫度變化小。而且當溫度回復到原先的溫度後，電位應迅速回到原電位值。
（5）製備、實際使用和維護比較方便，經久耐用。能滿足上述要求的參比電極有氫電極、甘汞電極、硫酸亞汞電極、氧化汞電極、氯化銀電極等。這些電極多數為第二類電極。
類型
監測金屬電位所用的參比電極應該工作穩定、可靠，並且便宜、易於製作、安裝和使用方便。
電極的類型：
一類是可逆電極——甘汞電極、硫酸銅電極
優點：電位穩定，監測值精確度高。
缺點：易損壞，安裝、固定較困難。
電極的類型：
一類是可逆電極——甘汞電極、硫酸銅電極
優點：電位穩定，監測值精確度高。
缺點：易損壞，安裝、固定較困難。
另一類固體金屬電極—固體金屬電極
特點：套用於電位範圍較寬的系統，且製作簡單，使用方便。
參比電極的安裝位置，一般選在距陰極最遠或電位最低的部位。
特點：套用於電位範圍較寬的系統，且製作簡單，使用方便。
參比電極的安裝位置，一般選在距陰極最遠或電位最低的部位。
適用範圍
各類參比電極的適用範圍
用具有適當輸入阻抗的直流電壓表、測試線和一支穩定的參比電極，例如飽和銅/硫酸銅參比電極（CSE)、銀/氯化銀電極(Ag/AgCl）或飽和氯化鉀（KCl）甘汞電極，就可以進行管道對電解質電位測量。當電解質是土壤或淡水時，一般用CSE測量，但它不適用於海水中。當在高氯環境下使用CSE時，在確認讀數的有效性之前，必須對CSE的穩定性進行檢查。銀/氯化銀電極通常用於海水環境中，飽和氯化鉀甘汞電極更多的用於實驗室中。然而，多面聚合物膠質飽和KCl甘汞電極也可使用，但需要適當增加對環境的接觸面積。
硫酸銅電極
維護
使用硫酸銅參比電極，要保證底部的要求做到滲而不漏，杜絕污染。使用後應保持清潔，防止裡面溶液大量漏失。
埋地的硫酸銅參比電極作為恆電位儀的信號源，在使用的過程中需要經常的檢查。防止溶液凍結和乾凅，影響了儀器的正常使用。參比電極的故障會造成收集數據不準確，恆電位儀的的輸出不穩定。
紫銅棒的電極在使用一段時間後，表面會產生一層藍色污物，應當定時定期的檢查，擦洗乾淨，使其露出銅的本來顏色。配置飽和的硫酸銅溶液必須使用純淨的硫酸銅晶體和蒸餾水。
