化學(xué)計(jì)量之pH 計(jì)分析

劉永奎LIU Yong-kui；童誠(chéng)TONG Cheng

（安慶市計(jì)量測(cè)試所，安慶 246001）

（Anqing Measurement and Test Institute，Anqing 246001，China）

1 化學(xué)計(jì)量

化學(xué)計(jì)量是指有關(guān)化學(xué)組成、化學(xué)變化中，量和能量的關(guān)系及其計(jì)算。其出發(fā)點(diǎn)是原子論、質(zhì)能守恒定律及一些化學(xué)的基本定律?；瘜W(xué)計(jì)量包括反應(yīng)物和產(chǎn)物量的計(jì)算、化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)中能量的計(jì)算等。而pH 計(jì)作為化學(xué)儀器的最基礎(chǔ)的設(shè)備，在化學(xué)計(jì)量方面具有典型的代表作用。

2 pH

什么是pH？pH 是拉丁文“Pondus hydrogenii”一詞的縮寫（Pondus=壓強(qiáng)、壓力，hydrogenium=氫），用來量度物質(zhì)中氫離子的活性。這一活性直接關(guān)系到水溶液的酸性、中性和堿性。水在化學(xué)上是中性的，但不是沒有離子，即使化學(xué)純水也有微量被電離，形成水合氫離子和水合氫氧根離子：

H2O+H2O=H3O++OHˉ，由于水合氫離子（H3O+）的濃度是與氫離子（H+）濃度等同看待，上式可以簡(jiǎn)化成下述常用的形式：

利用質(zhì)量守恒定律，對(duì)于純水的電離可以找到一平衡常數(shù)加以表示：

由于水只有極少量被電離，因此水的濃度實(shí)際為一常數(shù)，并且有平衡常數(shù)K 可求出水的離子積KW。

也就是說對(duì)于一升純水在25℃時(shí)存在10-7摩爾H3O+離子和10-7摩爾OHˉ離子。

在中性溶液中，氫離子H+和氫氧根離子OHˉ的濃度都是10-7mol/l。如：

假如有過量的氫離子H+，則溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氫離子H+游離的物質(zhì)。同樣，如果使OHˉ離子游離，那么溶液就是堿性的。所以，給出H+值就足以表示溶液的特性，呈酸性還是堿性，為了免于用此分子濃度負(fù)冪指數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，生物學(xué)家澤倫森（Soernsen）在1909年建議將此不便使用的數(shù)值用對(duì)數(shù)代替，并定義為“pH 值”。數(shù)學(xué)上定義pH 值為氫離子濃度的常用對(duì)數(shù)負(fù)值。即pH=-log[H+]。

因此，pH 值是離子濃度以10 為底的對(duì)數(shù)的負(fù)數(shù)。

3 pH 計(jì)

pH 計(jì)，又稱作pH 酸度計(jì)或者酸度計(jì)，是利用化學(xué)上的原電池的原理工作的。是用來測(cè)定溶液pH 的一種儀器，利用溶液的電化學(xué)性質(zhì)測(cè)量氫離子濃度，以確定溶液的pH 值。用酸度計(jì)進(jìn)行電位測(cè)量是測(cè)量pH 最精密的方法。

pH 計(jì)由三個(gè)部件構(gòu)成：

①一個(gè)參比電極；參比電極的基本功能是維持一個(gè)恒定的電位，作為測(cè)量各種偏離電位的對(duì)照。銀-氧化銀電極是目前pH 中最常用的參比電極。

②一個(gè)玻璃電極，其電位取決于周圍溶液的pH；玻璃電極的功能是建立一個(gè)對(duì)所測(cè)量溶液的氫離子活度發(fā)生變化作出反應(yīng)的電位差。

③一個(gè)電流計(jì)，該電流計(jì)能在電阻極大的電路中測(cè)量出微小的電位差。把對(duì)pH 敏感的玻璃電極和參比電極放在同一溶液中，就組成一個(gè)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(gè)電池的電位隨待測(cè)溶液的pH 變化而變化，而測(cè)量酸度計(jì)中的電池產(chǎn)生的電位是困難的，因其電動(dòng)勢(shì)非常小，且電路的阻抗又非常大；因此，必須把信號(hào)放大，使其足以推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)毫伏表或毫安表。電流計(jì)的功能就是將原電池的電位放大若干倍，放大了的信號(hào)通過電表顯示出，電表指針偏轉(zhuǎn)的程度表示其推動(dòng)的信號(hào)的強(qiáng)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(jì)則直接以數(shù)字顯出pH 值。

pH 計(jì)在使用前均需用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液進(jìn)行校準(zhǔn)。一般實(shí)驗(yàn)室中采用一點(diǎn)校準(zhǔn)和二點(diǎn)校準(zhǔn)。

酸度計(jì)的一點(diǎn)校準(zhǔn)：

對(duì)于測(cè)量精度在0.lpH 以下的樣品，可以采用一點(diǎn)校準(zhǔn)方法調(diào)整儀器，一般選用pH6.86 或pH7.00 標(biāo)準(zhǔn)緩沖液。具體操作步驟如下：

①配好標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液并測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)緩沖液溫度，查資料確定該溫度下的pH 值，將溫度補(bǔ)償旋鈕調(diào)節(jié)到該溫度下。

②將電極用純水沖洗干凈，用濾紙將電極水珠擦去。

③將電極浸入緩沖溶液晃動(dòng)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值為查資料所得的pH 值。

④取出電極，用純水沖洗干凈。

酸度計(jì)的二點(diǎn)校準(zhǔn)：

精密級(jí)的pH 計(jì)，除了設(shè)有“定位”和“溫度補(bǔ)償”調(diào)節(jié)外，還設(shè)有電極“斜率”調(diào)節(jié)，它就需要用二種標(biāo)準(zhǔn)緩沖液進(jìn)行校準(zhǔn)。一般先以pH=6.86 進(jìn)行“定位”校準(zhǔn)，然后根據(jù)測(cè)試溶液的酸堿情況，選用pH=4.00（酸性）或pH=9.18（堿性）緩沖溶液進(jìn)行“斜率”校正。

具體操作步驟為：

①測(cè)量pH=6.86 標(biāo)準(zhǔn)溶液溫度，將電極洗凈并擦干，浸入到標(biāo)準(zhǔn)溶液中，儀器溫度補(bǔ)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6.86。

②取出電極用純水洗凈并擦干，浸入第二種標(biāo)準(zhǔn)溶液中。待示值穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)儀器斜率旋鈕，使儀器示值為第二種標(biāo)準(zhǔn)溶液的pH 值。

③取出電極洗凈并擦干，再浸入pH=6.86 緩沖溶液中。如果誤差超過0.02pH，則重復(fù)第①、②步驟，直至在二種標(biāo)準(zhǔn)溶液中不需要調(diào)節(jié)旋鈕都能顯示正確pH 值。

4 pH 計(jì)的應(yīng)用

近年來，化學(xué)計(jì)量得到了飛速發(fā)展，而pH 作為化學(xué)計(jì)量中一個(gè)重要的基礎(chǔ)組成部分，在很多方面需要控制溶液的pH。pH 計(jì)被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、污水處理、科研、制藥、發(fā)酵、化工、養(yǎng)殖、自來水等領(lǐng)域。該儀器也是食品廠、飲用水廠辦QS、HACCP 認(rèn)證中的必備檢驗(yàn)設(shè)備。

[1]林榮鏡.pH 計(jì)的基本原理與特殊故障分析[J].計(jì)量技術(shù)，2001（12）.

[2]張春霞，魏繼日.pH 計(jì)的溫度補(bǔ)償[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2000（03）.

[3]陸品楨.帶自診斷功能的pH 計(jì)[J].儀器儀表與分析監(jiān)測(cè)，1994（01）.