pH計，是一種常用的儀器設(shè)備，用來測定溶液酸堿度值的儀器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研和環(huán)保領(lǐng)域。

按照測定方法的不同，pH分為指示劑法、氫電極法、氫醌電極法、銻電極法、玻璃電極法。目前應(yīng)用最廣泛的就是玻璃電極法，主要分為兩種形式，分別是傳統(tǒng)的玻璃電極，參比電極，以及將兩者合為一體的復(fù)合電極。

復(fù)合pH電極結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)構(gòu)組成

? 參比電極

維持一個恒定的電位，作為測量各種偏離電位的對照。銀-氧化銀電極是目前pH中常用的參比電極。

? 玻璃電極

建立一個對所測量溶液的氫離子活度發(fā)生變化作出反應(yīng)的電位差。把對pH敏感的電極和參比電極放在同一溶液中，就組成一個原電池，該電池的電位是玻璃電極和參比電極電位的代數(shù)和。E電池＝E參比+E玻璃，如果溫度恒定，這個電池的電位隨待測溶液的pH變化而變化，而測量pH計中的電池產(chǎn)生的電位是困難的，因其電動勢非常小，且電路的阻抗又非常大1-100MΩ；因此，必須把信號放大，使其足以推動標準毫伏表或毫安表。

? 電流計

將原電池的電位放大若干倍，放大了的信號通過電表顯示出，電表指針偏轉(zhuǎn)的程度表示其推動的信號的強度，為了使用上的需要，pH電流表的表盤刻有相應(yīng)的pH數(shù)值；而數(shù)字式pH計則直接以數(shù)字顯出pH值。

工作原理

pH計監(jiān)測系統(tǒng)基本由四個組件組成：變送器、感測電極、信號纜線、電極安裝保護裝置等。pH計除了能測量溶液的pH值以外，還可以測量電池的電動勢。主要測量部件是玻璃電極和參比電極，玻璃電極對pH敏感，而參比電極的電位穩(wěn)定。將pH計的這兩個電極一起放入同一溶液中，就構(gòu)成了一個原電池，而這個原電池的電位，就是這玻璃電極和參比電極電位的代數(shù)和。

pH計的參比電極電位穩(wěn)定，那么在溫度保持穩(wěn)定的情況下，溶液和電極所組成的原電池的電位變化，只和玻璃電極的電位有關(guān)，而玻璃電極的電位取決于待測溶液的pH值，因此通過對電位的變化測量，就可以得出pH溶液的PH值。

常見分類

根據(jù)應(yīng)用場合分類，可分為筆式pH計、便攜式pH計、實驗室臺式pH計和工業(yè)pH計等。

? 筆式pH計

主要用于代替pH試紙的功能，具有精度低、使用方便的特點。

? 便攜式pH計

主要用于現(xiàn)場和野外測試方式，要求較高的精度和完善的功能。

? 實驗室pH計

一種臺式高精度分析儀表，要求精度高、功能全，有些包括打印輸出、數(shù)據(jù)處理等等。

? 工業(yè)pH計

用于工業(yè)流程的連續(xù)測量，不僅要有測量顯示功能，還要有報警和控制功能，以及安裝、清洗、抗干擾等等問題的考慮。

使用規(guī)范

1、使用pH計之前先用蒸餾水清洗電極，注意玻璃電極不要碰碎。

2、準備在平臺pH計的旁邊放至調(diào)節(jié)用的NAOH液和HCL液。

3、在冰箱中拿出定pH液(pH=7.0)，放與平臺上。

4、打開pH計，調(diào)定pH值，按︿﹀鍵選擇pH和CAL選項，選擇其中的CAL項，調(diào)節(jié)插入到pH液(pH=7.0)中，按《》鍵選擇數(shù)據(jù)值到7.0處，出現(xiàn)小八叉即可。

5、將玻璃電極插入到待測的溶液中，再放入另一電極，適當?shù)臄噭右好?注意不要碰碎玻璃電極)。

6、pH計的電子單元使用必須注意電路的保護，在不進行pH值測量時，要將pH計的輸入短路，以避免pH計的損壞。

7、pH計的玻璃電極插座必須保持干凈、清潔和干燥，不能接觸鹽霧和酸霧等有害氣體，同時嚴禁玻璃電極插座上沾有任何的水溶液，以避免pH計高輸入阻抗。

8、未到你需要的pH值時要小心的加液，如NaOH液和HCL液(據(jù)調(diào)節(jié)范圍不同可以選擇不同濃度的調(diào)節(jié)液，濃度小時可以快加，濃度大時要加慢)。

9、加液時小心不要超過所需的定容量。

常見問題

1、什么是pH標準緩沖溶液？它有哪些特點？

pH緩沖溶液是一種能使pH值保持穩(wěn)定的溶液。如果向這種溶液中加入少量的酸或堿，或者在溶液中的化學反應(yīng)產(chǎn)生少量的酸或堿，以及將溶液適當稀釋，這個溶液的pH值基本上穩(wěn)定不變，這種能對抗少量酸堿或大或小稀釋，而使pH值不變化的溶液就稱為緩沖溶液。

pH標準緩沖液有以下特點：

? 標準溶液的pH值是已知的，并達到規(guī)定的準確度。

? 標準溶液的pH值有良好的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性，具有較大的緩沖容量，較小的稀釋值和較小的溫度系數(shù)。

? 溶液的制備方法簡單。

2、如何配制pH標準緩沖溶液？

對于一般pH測量，可使用成套的pH緩沖試劑(可配制250mL)，配制溶液時，應(yīng)使用去離子水，并預(yù)先煮沸15-30分鐘，以除去溶解的二氧化碳。剪開塑料袋將試劑倒入燒杯中，用適量去離子水使之溶解，并沖洗包裝袋，再倒入250mL容量瓶中，稀釋至刻度，充分搖勻即可。

3、如何正確保存和使用pH緩沖溶液？

緩沖溶液配制后，應(yīng)裝在玻璃瓶或聚乙烯瓶中(堿性pH緩沖液如pH9.18、pH10.01、pH12.46等，應(yīng)裝在聚乙烯瓶中)瓶蓋嚴密蓋緊，在冰箱中低溫(5-10℃)保存，一般可使用六個月左右，如發(fā)現(xiàn)有混濁，發(fā)霉或沉淀現(xiàn)象，不能繼續(xù)使用。使用時，應(yīng)準備幾個50mL的聚乙烯小瓶，將大瓶中的組沖溶液倒入小瓶中，并在環(huán)境溫度下放置1-2個小時，等溫度平衡后再使用。使用后不得再倒入大瓶中，以免污染，瓶中的緩沖溶液在＞10℃的環(huán)境條件下可以使用2-3天，一般pH7.00、pH6.86、pH14.00三種溶液使用時間可以長一些，pH9.18和pH10.01溶液由于吸收空氣中的二氧化碳，其pH值比較容易變化。

4、pH緩沖溶液有何用途？

? pH測量前標定校準pH計。

? 用以檢定pH計的準確性，例如用pH6.86和pH14.00標定pH計后，將pH電極插入pH9.18溶液中，檢查儀器顯示值和標準溶液的pH值是否一致。

? 在一般精度測量時檢pH計是否需要重新標定。pH計標定并使用后也許會產(chǎn)生漂移或變化，因此在測試前將電極插入與被測溶液比較接近的標準緩沖液中，根據(jù)誤差大小確定是否需要重新標定。

? 檢測pH電極的性能。

5、pH電極為何要浸泡？如何正確浸泡pH復(fù)合電極？

pH電極使用前必須浸泡，因為pH球泡是一種特殊的玻璃膜，在玻璃膜表有一很薄的凝膠層，它只有在充分濕潤的條件下才能與溶液中的氫離子有良好的影響。同時，玻璃電極經(jīng)過浸泡，可以使不對稱電勢大大下降并趨向穩(wěn)定。pH玻璃電極一般可以用蒸餾水或pH4.00緩沖溶液浸泡。通常用pH4.00緩沖溶液浸泡更好上些，浸泡時間至24小時或更長，根據(jù)球泡玻璃膜厚度、電極老化程度而不同。同時，參比電極的液接界也需要浸泡。因為如果液接界干涸會使液接界電勢增大或不穩(wěn)定，參比電極的浸泡液必須和參比電極的外參比溶液一致，即3.3mol/L KCL溶液或飽和KCL溶液，浸泡時間一般幾小時即可。

因此，對pH復(fù)合電極而言，就必須浸泡在含KCL的pH4.00緩沖液中，這樣才能對玻璃球泡和液接界同時起作用。這里要特別提醒注意，因為過去人們使用單支的pH玻璃電極已習慣于用去離子水或pH4緩沖液浸泡，后來使用pH復(fù)合電極時依然采用這樣的浸泡方法，甚至在一些不正確的pH復(fù)合電極的使用說明書中也會進行這種錯誤的指導(dǎo)。這種錯誤的浸泡方法引起的直接后果就是使一支性能良好的pH復(fù)合電極就成一支響應(yīng)慢、精度差的電極，而且浸泡時間越長性能越差，因為經(jīng)過長時間的浸泡，液接界內(nèi)部(例如砂芯內(nèi)部)的KCL濃度已大大降低了，使液接界電勢增大和不穩(wěn)定。當然，只要在正確的浸泡溶液中重新浸泡數(shù)小時，電極還是會復(fù)原的。

另外，pH電極也不能浸泡在中性或堿性緩沖溶液中，長期浸泡在此類溶液中會使pH玻璃膜響應(yīng)遲鈍。

正確的pH電極浸泡液的配制：取pH4.00緩沖劑(250mL)一包，溶于250mL純水中，再加入56克分析純KCL，適當加熱，攪拌至完全溶解即成。

6、可充式和非可充式pH復(fù)合電極有何區(qū)別？

pH復(fù)合電極外殼有塑料和玻璃的區(qū)分。可充式pH復(fù)合電極即在電極外殼上有一加液孔，當電極的外參比溶液流失后，可將加液孔打開，重新補充KCL溶液。而非可充式pH復(fù)合電極內(nèi)裝凝膠狀KCL，不易流失也無加液孔。

可充式pH復(fù)合電極的特點是參比溶液有較高的滲透速度率，液接界電位穩(wěn)定重現(xiàn)，測量精度較高。而且當參比電極減少或受污染后可以補充或更換KCL溶液，但缺點是使用較麻煩。可充式pH復(fù)合電極使用時應(yīng)將加液孔打開，以增加液體壓力，加速電極響應(yīng)，當電解液液面低于加液孔2厘米時，應(yīng)及時補充新的電解液。

非可充pH復(fù)合電極的特點是維護簡單使用方便，因此也得到廣泛的應(yīng)用。但作為實驗室pH電極極使用時，在長期和邊續(xù)的使用條件下，液接界處的KCL濃度會減少，影響測試精度。因此非可充式pH復(fù)合電極不用時，應(yīng)浸在電極浸泡液中，這樣下次測試時電極性能會很好，而部分實驗室pH電極都不是長期和邊續(xù)的測試，因此這種結(jié)構(gòu)對精度的影響是比較小的。而工業(yè)的pH復(fù)合電極由于對測試精度的要求比較低，所以使用方便就成為主要的選擇。

7、如何正確使用pH復(fù)合電極？

? 球泡前端不應(yīng)有氣泡，如有氣泡應(yīng)用力甩去。

? 電極從浸泡瓶中取出后，應(yīng)在去離子水中晃動并甩干，不要用紙巾擦拭球泡，否則由于靜電感應(yīng)電荷轉(zhuǎn)移到玻膜上，會延長電勢穩(wěn)定的時間，更好的方法是使用被測溶液沖洗電極。

? pH復(fù)合電極插入被測溶液后，要攪拌晃動幾下再靜止放置，這樣會加快電極的響應(yīng)。尤其使用塑殼pH復(fù)合電極時，攪拌晃動要厲害一些，因為球泡和塑殼之間會有一個小小的空腔，電極浸入溶液后有時空腔中的氣體來不及排除會產(chǎn)生氣泡，使球泡或液接界與溶液接角不良，因此必須用力攪拌晃動以排除氣泡。

? 在粘稠性試樣中測試之后，電極必須用去離子水反復(fù)沖洗多次，以除去粘附在玻璃膜上的試樣。有時還需先用其它試劑洗去試樣，再用水洗去溶劑，浸入浸泡液中活化。

? 避免接觸強酸強堿或腐蝕性溶液，如果測試此類溶液，應(yīng)盡量減少浸入時間，用后仔細清洗干凈。

? 避免在無水乙醇、濃硫酸等脫水性介質(zhì)中使用，它們會損壞球泡表面的水合凝膠層。

? 塑殼pH復(fù)合電極的外殼材料是聚碳酸酯塑料(PC)，PC塑料在有些溶劑中會溶解，如四氯化碳、三氯乙烯、四氫呋喃等，如果測試中含有以上溶劑，就會電極外殼，此時應(yīng)改用玻璃外殼的pH復(fù)合電極。

8、pH電極如何清洗？

球泡和液接界污染后先用以下溶劑清洗，再用去離子水洗去溶劑，將電極浸入浸泡液中活化。

污染物清洗劑：

? 無機金屬氧化物，低于1 mol/L稀酸；

? 有機油脂類物質(zhì)，稀洗滌劑(弱酸性)；

? 樹脂高分子物質(zhì)，稀酒精、丙酮、乙醚；

? 蛋白質(zhì)血球沉淀物，酸性酶溶液(食母生片)；

? 顏料類物質(zhì)，稀漂白液、過氧化氫；

9、如何修復(fù)pH電極？

pH復(fù)合電極的“損壞”，其現(xiàn)象是敏感梯度降低、響應(yīng)慢、讀數(shù)重復(fù)性差，可能由以下三種因素引起，一般客戶可以采用適當?shù)姆椒ㄓ枰孕迯?fù)。

? 電極球泡和液接界受污染

可用細的毛刷、棉花或牙簽等，仔細去除污物。有些塑殼電極頭部的保護罩可以旋下，清洗就方便了，如污染嚴重，可用上面問題回答選擇清潔劑清洗。

? 外參比溶液受污染

有些電極的結(jié)構(gòu)是可添加溶液的，此時，可用針筒將電極的外參比溶液抽凈，配制新的3.3mol/L或飽和KCL溶液，再加進去，注意第一、二次加進去時再要抽出來，以便將電極內(nèi)腔清洗凈。

? 玻璃敏感膜老化

將電極球泡用0.1mol/L稀鹽酸(9mL鹽酸用純水稀釋至100mL)浸泡24小時用純水洗凈,再用電極浸泡溶液浸泡24小時。如果鈍化比較嚴重，也可以將電極下端浸泡在45的氫氟酸溶液中3-5秒鐘(溶液配制：4 mL氫氟酸用純水稀釋至100mL)，用純水洗凈，然后在電極浸泡溶液中浸泡24小時，使其恢復(fù)性能。

10、什么是pH計的一點校準？

任何一種pH計都必須經(jīng)過pH標準溶液的校準后才可測量樣品的pH值，對于測量精度在0.1pH以下的樣品，可以采一點校準方法調(diào)整儀器，一般選用pH6.86或pH7.00標準緩沖溶液。

有些儀器本身只0.2pH或0.1pH，因此儀器只設(shè)有一個定位調(diào)節(jié)旋扭，具體操作步聚如下：

? 測量標準緩沖液溫度，查表確定該溫度下的pH值，將溫度補嘗旋鈕調(diào)節(jié)至該溫度下。

? 用純水沖洗電極并甩干。

? 將電極浸入緩沖溶液晃動后靜止放置，待讀數(shù)穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)定位旋鈕使 儀器顯示該標準溶液的pH值。

? 取出電極沖洗并甩干。

? 測量樣品溫度，并將pH計溫度補償旋鈕調(diào)節(jié)至該溫度值。

? 將電極浸入樣品溶液，晃動后靜止放置，顯示穩(wěn)定后讀數(shù)。

11、什么是pH計的二點校準?

對于精密級的pH計，除了設(shè)有“定位”和“溫度補償”調(diào)節(jié)外，還設(shè)電極“斜率”調(diào)節(jié)，它就需要用二種標準緩沖液進行校準。一般先以pH6.86或pH7.00進行“定位”校準，然后根據(jù)測試溶液的酸堿情況，選用pH4.00(酸性)或pH9.18或pH10.01(堿性)緩沖溶液進行“斜率校正。

具體操作步聚：

? 電極極洗凈并甩干，浸入pH6.86或pH7.00標準溶液中，溫度補償旋鈕置于溶液溫度處。待示值穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)定位旋鈕使儀器示值為標準溶液的pH值。

? 取出電極洗凈并甩干，浸入第二種標準溶液。待示值穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)儀器斜率旋鈕，使儀器的示值為第二種標準溶液的pH值。

? 電極極洗凈并甩干，再浸入pH6.86或pH7.00標準溶液中，如果誤差超過0.02pH，則重復(fù)第以上步聚。直至在二種標準溶液中不需要調(diào)節(jié)旋鈕都能顯示正確的pH值。

? 取出電極洗凈并甩干，將pH溫度補償旋鈕調(diào)節(jié)至樣品溫度，將電極浸入樣品溶液，晃動后靜止放置，顯示穩(wěn)定后讀數(shù)。

12、溫度對pH精度測量有多大影響？

對pH電極，溫度影響每一個pH為0.003pH/℃，例如一個0.2級的pH計，在30℃pH緩沖液中進行校準，然后測試60℃的溶液(假定溶液的pH范圍在pH6-8之間與pH 7.00相差一個pH單位)，則溫度影響的最大誤差就是30×0.003=0.09pH。如果是3個pH單位(在pH4-10范圍內(nèi))，最大誤差就是0.27pH，從中可以看出溫度對pH的影響是很大的。

當然，我們也可以從中得出結(jié)論，為了減少溫度對pH測量的誤差，我們該注意以下三點：

? 盡量選擇接近被測溶液pH值的緩沖溶液校準pH計。

? 盡量使校準溶液的溫度與被測溶液的溫度一致或接近。

? 應(yīng)該選擇有溫度補償?shù)膒H計。

精度高于0.1pH的pH計都有溫度補償調(diào)節(jié)，而0.2級的pH計就不帶有溫度補償。有些0.2級的pH計也號稱有0.1級的精度，其實這是不可能的，有人是將分辨率0.1pH和精度0.1pH這二個概念進行了混淆。即使以一個pH單位來說，相隔60℃的pH誤差就是0.003×60=0.18pH，因此，沒有溫度補償?shù)膒H計，最高的精度也只有0.2pH。

13、溫度補償能消除所有溫度引起的誤差嗎?

必須特別指出的是，pH計上設(shè)置的溫度補償，只是補償電極的斜率項(2.303RT/F)。受溫度影響的還有玻璃電極的標準電勢，液接界電勢等，它們與溫度并非成嚴格的線性關(guān)系。同時pH電極也需要一定的時間才能達到新溫度下的平衡。因此，不管是手動溫度補償還是自動溫度補償，都不是很充分的。根據(jù)pH測量的操作定義，要想得到精密的測量結(jié)果，樣品溶液與標準溶液應(yīng)在相同和恒定的溫度下測量，這就是等溫測量原理。對于一般精度要求的pH測量，樣品溶液與標準溶液的溫度不同時，可使用溫度補償。

14、如何判斷你的pH計是否準確？

有不少用戶在使用pH計時都心存疑惑，這個pH計到底準不準？有人以工作經(jīng)驗來判斷，有人以pH試紙來判斷，也有人以過去使用的pH計來判斷，這些都是不可靠的。其實，唯一可靠和最簡單的方法就是以pH標準緩沖溶液來進行檢定。這是唯一的檢測標準。取三個標準緩沖溶液：pH6.86、pH4.00、pH9.18(最好是新鮮配制并且溫度相同)，以pH6.86進行定位校準，以pH4.00進行斜率校準，然后測試pH9.18，pH計是否準確，是否合格立見分曉。

15、同一樣品，兩次測量的pH值不一樣？

溫度變化或樣品本身發(fā)生了化學反應(yīng)，都會引起pH值的變化。所以，應(yīng)盡量保持溫度一致，并且避免化學反應(yīng)。

16、同一樣品，同時在兩臺pH計上測量，讀數(shù)不一致？

由于兩臺pH計的校正條件不一樣(如不同時間做的校正)，造成測量值有差異。所以要用同一緩沖液在同一時間里對pH計進行校正，然后再同時測定。

17、為什么緩沖液在有效期內(nèi)已經(jīng)變質(zhì)不能使用了？

緩沖液的有效期是指未開封使用狀態(tài)下的保存期。一旦開封使用后，由于空氣中各種霉菌的作用，緩沖液較易變質(zhì)。注意：已使用過的緩沖液，千萬不能倒回原裝瓶中！

18、電極需多久校準一次？

電極的校準頻率取決于電極的使用、保養(yǎng)、樣品性質(zhì)以及測量精度等具體情況。建議每天校準一次，最長不要超過每周一次校準。更換電極以及長時間不使用，在使用前必須先校準。

19、如何保養(yǎng)pH電極？

電極使用一段時間后，若發(fā)現(xiàn)斜率變低、響應(yīng)速度變慢等情況，可嘗試下列方法：

? 若測量樣品中含有蛋白質(zhì)，可用胃蛋白酶/鹽酸洗液清洗電極膜。

? 若測量樣品為油性/有機液體，可用丙酮或乙醇沖洗。

? 若發(fā)現(xiàn)電極液絡(luò)部變臟變黑，可用硫醇清洗液清洗液絡(luò)部。

? 活化電極膜,活化方法：電極再生液浸泡30秒，再用3mol/LKCL溶液浸泡5小時。

20、樣品溫度為10℃，此時儀表顯示的是10℃還是25℃下的pH值？

酸度計顯示的是溶液在當前溫度下的pH值，若在10℃測量，儀表顯示的是溶液10℃的值,如果需要得到25℃的pH，必須把溶液溫度升/降溫至25℃，再進行測量。酸度計的溫度補償指的是補償溫度對pH電極的影響，但不能將任何溫度下的pH值補償?shù)?5℃。

21、pH電極壽命有多長？

pH電極的壽命與測量樣品的性質(zhì)、樣品溫度及使用的頻率、保養(yǎng)情況有關(guān)。在正常使用、正確保養(yǎng)的情況下，pH電極壽命為1-2年。