化學計量之pH 計分析

劉永奎LIU Yong-kui；童誠TONG Cheng

（安慶市計量測試所，安慶 246001）

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

1 化學計量

化學計量是指有關化學組成、化學變化中，量和能量的關系及其計算。其出發點是原子論、質能守恒定律及一些化學的基本定律。化學計量包括反應物和產物量的計算、化學平衡的計算、化學反應速率的計算、化學反應中能量的計算等。而pH 計作為化學儀器的最基礎的設備，在化學計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、壓力，hydrogenium=氫），用來量度物質中氫離子的活性。這一活性直接關系到水溶液的酸性、中性和堿性。水在化學上是中性的，但不是沒有離子，即使化學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，上式可以簡化成下述常用的形式：

利用質量守恒定律，對于純水的電離可以找到一平衡常數加以表示：

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

也就是說對于一升純水在25℃時存在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。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冪指數進行運算，生物學家澤倫森（Soernsen）在1909年建議將此不便使用的數值用對數代替，并定義為“pH 值”。數學上定義pH 值為氫離子濃度的常用對數負值。即pH=-log[H+]。

因此，pH 值是離子濃度以10 為底的對數的負數。

3 pH 計

pH 計，又稱作pH 酸度計或者酸度計，是利用化學上的原電池的原理工作的。是用來測定溶液pH 的一種儀器，利用溶液的電化學性質測量氫離子濃度，以確定溶液的pH 值。用酸度計進行電位測量是測量pH 最精密的方法。

pH 計由三個部件構成：

①一個參比電極；參比電極的基本功能是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 中最常用的參比電極。

②一個玻璃電極，其電位取決于周圍溶液的pH；玻璃電極的功能是建立一個對所測量溶液的氫離子活度發生變化作出反應的電位差。

③一個電流計，該電流計能在電阻極大的電路中測量出微小的電位差。把對pH 敏感的玻璃電極和參比電極放在同一溶液中，就組成一個原電池，該電池的電位是玻璃電極和參比電極電位的代數和，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，而測量酸度計中的電池產生的電位是困難的，因其電動勢非常小，且電路的阻抗又非常大；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，pH 電流表的表盤刻有相應的pH 數值；而數字式pH 計則直接以數字顯出pH 值。

pH 計在使用前均需用標準緩沖液進行校準。一般實驗室中采用一點校準和二點校準。

酸度計的一點校準：

對于測量精度在0.lpH 以下的樣品，可以采用一點校準方法調整儀器，一般選用pH6.86 或pH7.00 標準緩沖液。具體操作步驟如下：

①配好標準緩沖溶液并測量標準緩沖液溫度，查資料確定該溫度下的pH 值，將溫度補償旋鈕調節到該溫度下。

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后靜止放置，待讀數穩定后，調節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。

酸度計的二點校準：

精密級的pH 計，除了設有“定位”和“溫度補償”調節外，還設有電極“斜率”調節，它就需要用二種標準緩沖液進行校準。一般先以pH=6.86 進行“定位”校準，然后根據測試溶液的酸堿情況，選用pH=4.00（酸性）或pH=9.18（堿性）緩沖溶液進行“斜率”校正。

具體操作步驟為：

①測量pH=6.86 標準溶液溫度，將電極洗凈并擦干，浸入到標準溶液中，儀器溫度補償旋鈕置于溶液溫度處。待示值穩定后，調節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，浸入第二種標準溶液中。待示值穩定后，調節儀器斜率旋鈕，使儀器示值為第二種標準溶液的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，則重復第①、②步驟，直至在二種標準溶液中不需要調節旋鈕都能顯示正確pH 值。

4 pH 計的應用

近年來，化學計量得到了飛速發展，而pH 作為化學計量中一個重要的基礎組成部分，在很多方面需要控制溶液的pH。pH 計被廣泛應用于環保、污水處理、科研、制藥、發酵、化工、養殖、自來水等領域。該儀器也是食品廠、飲用水廠辦QS、HACCP 認證中的必備檢驗設備。

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

[2]張春霞，魏繼日.pH 計的溫度補償[J].醫療衛生裝備，2000（03）.

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