参比电极的作用、种类和安装要求

[摘 要]参比电极或者半电池都是测量电解质中金属点位的一种重要装置，是阴极保护系统中重要的组成部分之一，既可以用来作为被保护构筑物的电位，又可以作为恒电位仪自动控制的信号源。本文将简要阐述一下参比电极的相关知识，希望能对业内同行有所借鉴。

[关键词]参比电极 阴极保护 安装 使用

中图分类号：O646.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0059-01

参比电极或者半电池都是测量电解质中金属点位的一种重要装置，在测量整个阴极保护系统中各个部位的电位电流量的整个过程中都起着非常重要的作用。比如结构-土壤之间电位是相对于一个电极进行测量。再比如我们经常提到的结构对电解质的电位实际上是结构和参比电极测得的电位。结构对电解质的电位可以测量，与所用的参比电极无关，但是结构、电解质本身是没有电位的，无法进行测量。因此，在研究如何测量沿结构的电位时，就必须考虑参比电极。

在阴极保护施工中进行电位测量的大部分环境中，往往使用标准氢电极半电池是不方便的。因此，经常选择使用其他的特定离子浓度溶液中的金属电极作为替代。这就要求参比电极必须是稳定的，而且所采用的参比电极对已经采集的数据要有重现性。

硫酸铜参比电极是测量埋地结构以及淡水环境中结构电位最常使用的参比电极。这种硫酸铜参比电极的基本结构是将铜棒浸泡在饱和的硫酸铜溶液中，溶液盛放在整个参比电极底部的带有多孔塞的不导电圆筒中。饱和硫酸铜溶液中的铜离子能够防止铜棒的腐蚀并起到稳定参比电极的作用。这种构造和原理的参比电极因为其架构简单，构造小，便于在工程地上携带被称为便携式参比电极。参比电极的产生主要是为了检测各种不同材质金属的电极电位，起一个基础参照的作用。在阴极保护工程中普遍使用的是饱和硫酸铜参比电极，因为它的电极电位有非常好的重复性可以多次使用，它的稳定性又可以保证参量的，而且构造简单，经济实惠。

参比电极是阴极保护系统不可缺少的一个非常重要的部分。参比电极的质量直接影响到整个阴极保护系统的整个施工和检测的数据是否准确。因此在阴极保护施工前一定要选择质量要求比较好的参比电极：首先是参比电极应该具有重复性可以作为多次使用，自身极化小，稳定性强，使用寿命长。参比电极对环境也有一定的要求，应尽量做好不容易被周围环境污染损坏，也不能污染周围被测量环境。参比电极的电位波动应该小于10mV。在实验室中，采用氢电极电位作为零电位，应为它制作起来比较麻烦，维护比较困难，因此现在工程上很少使用这种，大多数都会选择硫酸铜参比电极。

常用的比较重要的参比电极有以下几种：

（1）氢电极。氢电极是所有电极中重现性最好的电极。规定标准氢电极（SHE）的电位在任何温度下均为零，并以它为标准，而得到其它各种电极的标准电位。其构造见下图（c）。

H+（1.0mol・L¨1）│H2（100kPa），Pt

其中Pt电极是铂黑电极或镀了铂黑的铂电极，以降低H+还原时的过电位。由于标准氢电极难以制备，特别是易受各种因素的干扰，使用也不方便，故在实际工作中应用有限。

（2）银-氯化银电极。银-氯化银电极是在细银棒或银丝上覆盖一层氯化银而制得，其构造见下图（b）。使用前溶液用氯化银饱和，否则电极上的氯化银覆盖层会被逐渐溶解。除了标准氢电极外，银-氯化银电极的重现性最好，温度系数小，且可在80℃以上使用。其标准电极电位+0.2223V（25℃）。银-氯化银电极不需要自身盐桥，可作为无液接参比电极使用（试液中含有氯离子并经氯化银饱和过），这是它的一个特点。

（3）甘汞电极。甘汞电极是最常用的参比电极，其构造见下图（a）。它是由汞、糊状的氯化亚汞和氯化钾溶液所组成，其电极电位决定于所使用的氯化钾溶液的浓度，通常使用饱和氯化钾溶液，称为饱和甘汞电极（SCE），电极电位为+0.2444V（25℃）。饱和甘汞电极的特点是它的电极电位相当稳定，只要测量时通过的电流比较小，其电位就不会有显著的变化。但当温度较高时，甘汞发生歧化作用：

Hg2Cl2Hg+HgCl2

所以使用温度不得超过80℃。

参比电极在使用时，一般要求内参比溶液的液面较待测溶液的高，以避免待测溶渗入内参比溶液而引起内参比溶液的污染，或与AgCl或Hg2Cl2反应。当内参比溶液渗入待测溶液对测量结果产生影响时，如测量K+的浓度时若采用SCE，就需用第二盐桥（双盐桥）或更换内参比溶液后才能进行测量。