參比電極的電極材料(如硫酸銅電極的銅棒、甘汞電極的汞 / 汞齊等)若發生腐蝕或氧化,會破壞 “金屬 - 離子” 的可逆平衡,導致電位漂移甚至失效。避免材料腐蝕或氧化需結合電極類型、使用環境及維護規范,具體措施如下:
一、針對電極材料本身的防護
選用高純度材料
1. 電極本體需采用高純度金屬(如硫酸銅電極用 99.9% 以上純銅棒),減少雜質(如鐵、鋅)帶來的局部微電池效應 —— 雜質會與基體形成原電池,加速材料腐蝕。
2. 對易氧化的金屬(如銀 / 氯化銀電極的銀棒),可通過電鍍工藝增強表面穩定性(如鍍一層致密銀層),減少氧化速率。
表面預處理與鈍化
1. 使用前對金屬表面進行拋光(如用細砂紙打磨銅棒),去除氧化層及油污,確保表面光潔,降低腐蝕起點。
2. 對特定電極進行鈍化處理:例如,銀 / 氯化銀電極可通過在稀鹽酸中電解,在表面生成均勻致密的 AgCl 層,這層鈍化膜能阻止銀進一步氧化或腐蝕。
二、優化電解液與內部環境
維持電解液的穩定性
1. 確保電解液濃度飽和且成分適配:如硫酸銅電極需保持 CuSO??5H?O 晶體過量,電解液 pH 穩定在中性(避免強酸 / 強堿溶解銅);甘汞電極需維持 KCl 溶液飽和,防止 Hg?Cl?分解。
2. 避免電解液污染:補充電解液時使用分析純試劑(如 CuSO?需無鐵、鉛等雜質),并通過過濾去除懸浮顆粒,防止雜質引發副反應(如 Cu2?與硫化物生成 CuS 沉淀,間接加速銅棒腐蝕)。
隔離材料與有害介質
1. 電解液需與外部環境通過多孔隔膜(如陶瓷塞、纖維膜)隔離,僅允許離子遷移而阻止液體直接混合:例如,硫酸銅電極的陶瓷塞可防止外部土壤中的硫化物、氯離子進入,避免銅棒與這些離子直接反應。
2. 對高風險環境(如含 Cl?的海水),可選用特殊電解液:如將銀 / 氯化銀電極的電解液由純水改為飽和 KCl,利用高濃度 Cl?抑制 AgCl 溶解,減少銀棒腐蝕。
三、適配使用環境,避免化學性腐蝕
規避極端化學環境
1. 硫酸銅電極避免用于強酸(pH<2)或強堿(pH>12)環境:強酸會溶解銅棒(Cu 2H? → Cu2? H?↑),強堿會生成 Cu (OH)?沉淀(破壞表面平衡),此類環境應改用玻璃電極或惰性金屬參比電極。
2. 含強絡合劑的環境(如 CN?、NH?)中,需避免使用銅、銀等易形成絡合物的電極:例如,Cu2?與 CN?會生成穩定絡離子 [Cu (CN)?]3?,導致銅棒持續溶解,此時應選用甘汞電極或金屬氧化物電極(如 IrO?)。
控制環境溫度與濕度
1. 溫度劇烈變化會加速金屬氧化(如銅在高溫高濕下氧化速率是常溫的數倍),需盡量在電極耐受溫度范圍內使用(如硫酸銅電極通常 - 20~60℃),若環境溫度波動大,需加裝隔熱保護套。
2. 對易潮解或吸潮的電極(如甘汞電極),需保持電解液密封,防止水分流失導致 KCl 結晶析出,劃傷電極表面引發腐蝕。
四、使用過程中的規范操作
避免與強腐蝕性介質直接接觸
1. 測量時確保電極僅通過隔膜與被測環境接觸,避免電極本體(如銅棒)直接浸泡在強酸、強堿或高濃度鹽溶液中 —— 若需在惡劣環境使用,可加裝保護套管(如聚四氟乙烯套管),僅露出隔膜部分。
2. 存放時將電極置于適配電解液中(如硫酸銅電極浸泡在飽和 CuSO?溶液中),而非純水或空氣中:空氣中的氧氣、二氧化碳會在金屬表面形成氧化膜或碳酸鹽垢,導致下次使用時電位異常。
防止物理損傷與機械腐蝕
1. 避免電極碰撞或摩擦:金屬表面若出現劃痕,劃痕處會成為腐蝕起點(應力集中加速氧化),使用和搬運時需輕放,必要時加裝防撞外殼。
2. 定期檢查導線連接:電極引線與金屬本體的焊點需牢固,避免因接觸不良產生電化學腐蝕(如縫隙腐蝕)。
五、定期維護與活化
及時清理腐蝕產物
1. 若發現金屬表面有氧化層(如銅棒變黑的 CuO)或腐蝕物(如銅綠 Cu?(OH)?CO?),需用細砂紙輕輕打磨去除,再用去離子水清洗,恢復表面光潔度。
2. 對汞齊類電極(如甘汞電極),若汞表面出現氧化膜,可用純汞小心置換表層氧化部分,確保汞 / 汞齊界面純凈。
定期活化與校準
1. 長期閑置的電極(如銅棒)使用前,需在飽和電解液中浸泡 24 小時以上,讓表面形成均勻的離子吸附層(如銅棒表面覆蓋一層 CuSO?晶體),增強抗腐蝕能力。
2. 每 3~6 個月(根據使用頻率)與標準參比電極(如飽和甘汞電極)校準,若電位偏差超過 ±5mV,需檢查材料是否腐蝕,并及時更換受損部件。
避免參比電極材料的腐蝕或氧化,核心是減少材料與有害介質的接觸(通過高純度材料、適配電解液、環境隔離)、維持電極表面的可逆反應條件(清潔、鈍化、穩定濃度),并通過規范操作和定期維護及時處理初期腐蝕跡象。針對不同電極類型(如硫酸銅、銀 / 氯化銀、甘汞),需結合其化學特性調整防護措施,例如:甘汞電極需重點防止汞氧化,而銀 / 氯化銀電極需避免 Cl?濃度不足導致的 Ag 溶解。
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