[摘要]：酸度計簡稱PH計，是根據ph實際定義采用氫離子選擇性電極測量水溶液ph值的一種廣泛使用的化學分析儀器，是用其電勢法測量ph。本文對其原理以及結構組成進行簡要論述，并對酸度計的使用過程應該注意的事項進行詳細的闡述。對酸度的使用和維護具有一定的幫助。
關鍵字：酸度計，原理，分類，使用，保養，維護
引言：
酸度計是一種常用的儀器設備,又名PH計。主要用來精密測量液體介質的酸堿度值,配上相應的離子選擇電極也可以測量離子電極電位MV值，廣泛應用于工業,農業,科研,環保等領域.使用中若能夠合理維護電極、按要求配制標準緩沖液和正確操作電計,可大大減小pH示值誤差，從而提高化學實驗、檢驗數據的可靠性。
以下酸度計主要以中國福建省福安市科立龍電子有限公司生產的酸度計進行闡述，酸度計常用的種類主要分為工業在線酸度計，臺式酸度計，便攜式酸度計，筆式酸度計四大類別，如圖1。
圖1
1.酸度計的原理 pH值的測量方法主要有兩種:比色法和電測法。測量范圍0～14pH。比色法是通過pH試紙顏色的變化測量溶液的pH值，是采用有些指示劑在不同的酸堿度下能呈現能變化或變化為不同顏色這一種特性來測量溶液酸堿度的一種方法。此方法方便、快捷，但比色法受因溶液本身顏色或含蛋白質等干擾而限制采用，這種方法只適用于分辨力大于0.5pH值的測量，而對于分辨力小于0.5pH的測量，目前基本已淘汰比色法。我們均采用電計測法即用酸度計進行。以下主要介紹這種測量方法。
酸度計（以下簡稱pH計）是根據pH實用定義采用氫離了選擇性電極測量水溶液pH值的一種廣泛使用的化學分析儀器，是用其電勢法測量pH。其原理是:當一個氫離子可逆的指示電極和一個參比電極同時浸入在某一溶液中組成原電池（參比電極電位原則是不變的，并應己知），在一定的溫度下產生一個電動勢，這個電動勢與溶液的氫離子活度有關，而與其他離子的存在關系很小（如圖2所示）。25℃下液相中氫離子活度為lmol/kg，氣相氫氣壓為1.01325×（1個大氣壓），這時的氫電極稱為標準氫電極，它的電極電勢為零。任何電極的電勢都可以依據這個標準氫電極來度量。將待測電極與標準氫電極連接，溫度控制在25℃,所測的電池電動勢稱為標準電極電勢。因此，待測溶液pH的變化可以直接表示為它所構成的電池電動勢的變化:
式中:R為摩爾氣體常數（8.3143J/mol·k）;F為法拉第常數（96487.0c/mol）;T為絕溫度（273.15℃+t）;Eo為標準電極電位，V。
由上式可知，測得電池電動勢后，可以計算出溶液的pH值。pH值的數值跟產生的電動勢電壓（一般在±500mV以內）有很大的關系。目前廣泛使用的pH計就是根據這一原理而設計的。
2.酸度計的結構組成
酸度計有三個部件組成，包括一個參比電路，一個指示電極和一個電流計，簡單的說就是電極和電流計組成。
2.1參比電極 常用的參比電極是甘汞電極。它是由汞（Hg）和甘汞（Hg2Cl2）的糊狀物裝入一定濃度的（KCl）溶液中構成的。汞上面插入鉑絲，與外導線相連，KCl溶液盛在底部玻璃管內，管的下端開口用陶瓷塞塞住，通過塞內的毛細孔，在測量時允許有少量KCl溶液向外滲漏，但絕不允許被測溶液向管內滲漏，否則將影響電極讀數的重現性，導致不準確的結果。為了避免出現這種結果，使用甘汞電極時把它上面的小橡皮塞拔下，以維持管內足夠的液位壓差，斷絕被測溶液通過毛細孔滲入的可能性。在使用甘汞電極時還應注意，KCl溶液要浸沒內部小玻璃管的下口，并且在彎管內不允許有氣泡將溶液隔斷。
甘汞電極做成下管較細的彎管，有助于調節與玻璃電極間的距離，以便在直徑較小的容器內也可以插入進行測量。甘汞電極在不用時，可用橡皮套將下端毛細孔套住或浸在KCl溶液中，但不要與玻璃電極同時浸在去離子水中保存。甘汞電極的電極電勢只隨電極內裝的KCl溶液濃度（實質上是Cl-離子濃度）而改變，不隨待測溶液的pH值不同而變化。通常所用的飽和KCl溶液的甘汞電極的電極電勢為0.2415V，而用0.1mol•dm-3KCl溶液的甘汞電極，其電極電勢為0.2810V。
2指示電極
2.2.1玻璃電極
由玻璃支桿、玻璃膜、內參比溶液、內參比電極、電極帽、電線等組成。
玻璃支桿；玻璃膜：由特殊成份組成的對氫離子敏感的玻璃膜組成。玻璃膜一般呈球泡狀；球泡內充入內參比溶液（中性磷酸鹽和氯化鉀的混合溶液）；插入內參比電極（一般用銀/氯化銀電極），用電極帽封接引出電線，裝上插口，就成為一支pH指示電極。市場銷售的zui常用的指示電極是231玻璃pH電極。
玻璃電極的關鍵部分是連接在玻璃管下端的、用特制玻璃（其組成：SiO2，Na2O和CaO的質量分數分別為0.72，0.22和0.06）制成的半圓球形玻璃薄膜，膜厚50μm。在玻璃薄膜圓球內裝有一定濃度的HCl溶液（常用0.1mol•dm-3HCI），并將覆蓋有一薄層AgCl的銀絲插入HCl溶液中，再用導線接出，即構成一個玻璃電極。
當玻璃電極浸入待測pH值的溶液中時，玻璃薄膜內外兩側都因吸水膨潤而分別形成兩個極薄的水化凝膠層，中間則仍為干玻璃層。在進行pH測定時，玻璃膜外側與待測pH溶液的相界面上要發生離子交換，有H+離子進出；同樣，玻璃膜內側與膜內裝的0.1mol•dm-3HCI溶液的相界面上也要發生離子交換，也有H+離子進出。由于玻璃膜兩側溶液中H+離子濃度的差異，以及玻璃膜水化凝膠層內離子擴散的影響，就逐漸在膜外側和膜內側兩個相界面之間建立起一個相對穩定的電勢差，稱為膜電勢。由于膜內側HCl溶液中C（H+）=0.1mol•dm-3，為定值，當玻璃膜內離子擴散情況穩定后，它對膜電勢的影響也為定值，因此膜電勢就只取決于膜外側待測pH溶液中的H+濃度（C（H+））。在膜電勢與AgCl-Ag電極的電勢合并后，即得玻璃電極的電極電勢:φ玻璃電極=φ0玻璃電極+（2.303RT/2F）×lg［C（H+）］／C0］2.
2.2.2復合電極 目前市場使用的電極為復合電極的情況越來越普遍，詳細復合電極概念介紹如下，注意復合電極只是復合了以上兩種電極的功能，簡單明了操作功能。
外殼為塑料的就稱為塑殼pH復合電極。外殼為玻璃的就稱為玻璃pH復合電極。pH復合電極的結構主要由電極球泡、玻璃支持桿、內參比電極、內參比溶液、外殼、外參比電極、外參比溶液、液接界、電極帽、電極導線、插口等組成。
⑴電極球泡：它是由具有氫功能的鋰玻璃熔融吹制而成，呈球形，膜厚在0.1～0.2mm左右，電阻值<250兆歐25℃。
⑵玻璃支持管：是支持電極球泡的玻璃管體,由電絕緣性優良的鉛玻璃制成，其膨脹系數應與電極球泡玻璃一致。
⑶內參比電極：為銀/氯化銀電極，主要作用是引出電極電位，要求其電位穩定，溫度系數小。
⑷內參比溶液：零電位為7pH的內參比溶液，是中性磷酸鹽和氯化鉀的混合溶液，玻璃電極與參比電極構成電池建立零電位的pH值，主要取決于內參比溶液的pH值及氯離子濃度。
⑸電極塑殼：電極塑殼是支持玻璃電極和液接界，盛放外參比溶液的殼體，由聚碳酸酯塑壓成型。
⑹外參比電極：為銀/氯化銀電極，作用是提供與保持一個固定的參比電勢，要求電位穩定，重現性好，溫度系數小。
⑺外參比溶液：為3.3mol/L的氯化鉀凝膠電解質，不易流失，無需添加。
⑻砂芯液接界：液接界是構通外參比溶液和被測溶液的連接部件，要求滲透量穩定。
⑼電極導線：為低噪音金屬屏蔽線，內芯與內參比電極連接，屏蔽層與外參比電極連接。
2.3電流計
電流計的功能就是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，電表指針偏轉的程度表示其推動的信號的強度，為了使用上的需要，酸度計電流表的表盤刻有相應的pH數值；而數字式PH計酸度計則直接以數字顯出pH值。
3.酸度計的分類
酸度計一般可以按照應用場合、儀器精度、讀數指示、元器件類型進行分類：
1.據儀器精度分類：可分為0.2級、0.1級、0.02級、0.01級和0.001級，數字越小，精度越高。2.根據元器件類型分類：可分為晶體管式、集成電路式和單片機微電腦式，現在更多的是應用微電腦芯片，大大減少了儀器體積和單機成本，但芯片的開發成本很貴。3.根據應用場合分類：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計是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、數據處理等等。工業pH計是用于工業流程的連續測量，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。3.4根據讀數指示分類：可分為指針式和數字顯示式二種。指針式pH計現在已很少使用，但指針式儀表能夠顯示數據的連續變化過程，因此在滴定分析中還有使用。
4.酸度計的正確使用與維護
4.1正確使用與保養電極
目前科立龍公司的產品使用的電極都是復合電極，其優點是使用方便，不受氧化性或還原性物質的影響，且平衡速度較快。例如201DHPH電極，201WPH電極均為復合電極，如圖3。使用時，將電極加液口上所套的橡膠套和下端的橡皮套全取下，以保持電極內氯化鉀溶液的液壓差。下面就把電極的使用與維護簡單作一介紹：⑴復合電極不用時，可充分浸泡3M氯化鉀溶液中。切忌用洗滌液或其他吸水性試劑浸洗。⑵使用前，檢查玻璃電極前端的球泡。正常情況下，電極應該透明而無裂紋；球泡內要充滿溶液，不能有氣泡存在。⑶測量濃度較大的溶液時，盡量縮短測量時間，用后仔細清洗，防止被測液粘附在電極上而污染電極。⑷清洗電極后，不要用濾紙擦拭玻璃膜，而應用濾紙吸干,避免損壞玻璃薄膜、防止交叉污染，影響測量精度。⑸測量中注意電極的銀—氯化銀內參比電極應浸入到球泡內氯化物緩沖溶液中，避免電計顯示部分出現數字亂跳現象。使用時，注意將電極輕輕甩幾下。⑹電極不能用于強酸、強堿或其他腐蝕性溶液。⑺嚴禁在脫水性介質如無水乙醇、重鉻酸鉀等中使用。
圖3
4.2標準緩沖液的配制及其保存
⑴pH標準物質應保存在干燥的地方，如混合磷酸鹽pH標準物質在空氣濕度較大時就會發生潮解,一旦出現潮解,pH標準物質即不可使用。
⑵配制pH標準溶液應使用二次蒸餾水或者是去離子水。如果是用于0.1級pH計測量，則可以用普通蒸餾水。
⑶配制pH標準溶液應使用較小的燒杯來稀釋，以減少沾在燒杯壁上的pH標準液。存放pH標準物質的塑料袋或其它容器，除了應倒干凈以外，還應用蒸餾水多次沖洗，然后將其倒入配制的pH標準溶液中，以保證配制的pH標準溶液準確無誤。
⑷配制好的標準緩沖溶液一般可保存2—3個月，如發現有渾濁、發霉或沉淀等現象時，不能繼續使用。
⑸堿性標準溶液應裝在聚乙烯瓶中密閉保存。防止二氧化碳進入標準溶液后形成碳酸，降低其pH值。
4.3酸度計的正確校準
pH計因電計設計的不同而類型很多，其操作步驟各有不同，因而pH計的操作應嚴格按照其使用說明書正確進行。在具體操作中，校準是pH計使用操作中的一重要步驟。
盡管pH計種類很多，但其校準方法均采用兩點校準法，即選擇兩種標準緩沖液：一種是pH7標準緩沖液，第二種是pH9標準緩沖液或pH4標準緩沖液。先用pH7標準緩沖液對電計進行定位，再根據待測溶液的酸堿性選擇第二種標準緩沖液。如果待測溶液呈酸性，則選用pH4標準緩沖液；如果待測溶液呈堿性，則選用pH9標準緩沖液。若是手動調節的pH計，應在兩種標準緩沖液之間反復操作幾次，直至不需再調節其零點和定位（斜率）旋鈕，pH計即可準確顯示兩種標準緩沖液pH值。則校準過程結束。此后，在測量過程中零點和定位旋鈕就不應再動。若是智能式pH計，則不需反復調節，因為其內部已貯存幾種標準緩沖液的pH值可供選擇、而且可以自動識別并自動校準。但要注意標準緩沖液選擇及其配制的準確性。智能式0.01級pH計一般內存有三至五種標準緩沖液pH值，如科立龍公司的KL-016型pH計等。
其次，在校準前應特別注意待測溶液的溫度。以便正確選擇標準緩沖液,并調節電計面板上的溫度補償旋鈕,使其與待測溶液的溫度一致。不同的溫度下，標準緩沖溶液的pH值是不一樣的。而科立龍電子有限公司的幾款則具備了自動溫度補償功能，如KL-099筆式防水型pH及KL-009II筆式高精度酸度計等諸多產品，如圖4.
圖4
校準工作結束后，對使用頻繁的pH計一般在48小時內儀器不需再次定標。如遇到下列情況之一，儀器則需要重新標定：
⑴溶液溫度與定標溫度有較大的差異時.
⑵電極在空氣中暴露過久，如半小時以上時.
⑶定位或斜率調節器被誤動；
⑷測量過酸（pH<2）或過堿（pH>12）的溶液后；
⑸換過電極后；
⑹當所測溶液的pH值不在兩點定標時所選溶液的中間，且距7pH又較遠時。
4.4酸度計的使用維護 儀器除正確使用外更加需要了解儀器的維護和測量時注意事項。以下是其維護注意事項:
（1）儀器的輸入端（即電極插口）必須保持清潔,不用時將接續器插入,以防灰塵侵入,在環境溫度較高時,應把電極用凈布擦干。
（2）玻璃電極球泡的玻璃很薄,因此易使它與燒杯等硬物相碰。防止球泡破碎,一般安裝時,甘汞電極頭部應高出球泡頭部,以便在搖動時球泡不會碰到燒杯底。
（3）使用玻璃電極和甘汞電極時,必須注意內電極與泡之間及內電極和陶瓷芯之間是否有氣泡停留,如果有,則必須除掉。
（4）玻璃電極球泡勿接觸污物,如發現沾污可用醫用棉花輕擦球泡部分或用0·1mol·L-1鹽酸清洗之。
（5）在按下讀數開關時,如果發現指針嚴重甩動時,應放開讀數開關檢查分檔開關,位置及其它調節器是否恰當,電極頭是否浸入溶液。
（6）轉動溫度調節旋鈕時勿用力太大,以防止移動緊固螺絲位置造成誤差。
（7）當被測訊號較大,發生指針嚴重甩動的現象時,應轉動分檔開關使指針在刻度之內,并需等待1min左右,使指針穩定為止。
（8）探頭不能用脫水物質如濃乙醇、濃硫酸等物質清洗,會引起電極表面失水而損壞氫功能。
（9）指針酸度計測量完畢時,必須先放開讀數開關,再移去溶液,如果不放開讀數開關就移去溶液則指針甩動厲害,影響后面測定的準確性。除了儀器的維護外,也必須提一提它的測量注意事項:
（1）測量前必須把儀器和標準溶液以及被測液體提前放在實驗室。對于0·01級以上的電位差計,應在室溫18℃~22℃條件下工作。
（2）儀器探頭在測量前必須清洗干凈電極,一定要在蒸餾水中充分浸泡24h以上。
（3）在測量兩種標準溶液以及每次使用測量之前,一定要將電極上的殘留溶液沖洗干凈,以免污染下一種標準溶液,電極沖洗后要用濾紙將電極上殘留的蒸餾水吸干,而不是擦干,以免損傷電極。
（4）測量中必須使探頭和溫度計充分浸到被測溶液中,并保持一段時間,使其數值穩定后才讀數。
結語 4.1隨著生活水平的提高，人們對環境質量的要求愈來愈高，特別是化學實驗，工業生產以及農業漁業對水體質量參數的要求更是重中之重，必須嚴格按照行業要求和相關規章制度，科學、合理地使用好該儀器。
4.2由于酸度計經常接觸化學藥品，為保證儀器正常使用，需對其進行合理的日常維護。福建省福安市科立龍電子有限公司全心全意致力于產品創新，努力以更好的服務，提供更加方便維護與使用的產品，以滿足人們的需要。
作者：林鑾生，畢業于廈門大學無線電物理專業
林宇暉，畢業于福建師范大學，現在福建省福安市科立龍電子有限公司從事 計量儀器儀表工作。
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