pH計（酸度計）的使用

pH計又稱酸度計，是一種電化學(xué)測量儀器，除主要用于測量水溶液的酸度（即pH值）外，還可用于測量多種電極的電極電勢。原理上主要是利用兩支電極（指示電極與參比電極）在不同pH值溶液中能產(chǎn)生不同的電動勢（毫伏信號），經(jīng)過一組轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鳎谖灿嬌弦詐H刻度值讀出。
其中指示電極的電極電勢要隨被測溶液的pH值而變化，通常使用的是玻璃電極，而參比電極則要求與被測溶液的pH值無關(guān)，通常使用甘汞電極。飽和KCl溶液的甘汞電極的電極電勢為0.2415V。
1. pH-25型酸度計
（1） 儀器介紹 pH-25型酸度計面板參見實驗室中的儀器圖，其中零點調(diào)節(jié)器2在測溶液pH值時調(diào)節(jié)指示電表1的指針指在刻度pH=7.0位置；讀數(shù)開關(guān)4在測量時作為接通電極的開關(guān)，按下時，旋轉(zhuǎn)少許可停住（不需用手指繼續(xù)按著），只是在調(diào)節(jié)零點時應(yīng)將它放開后才能進行；定位調(diào)節(jié)器3是在按下讀數(shù)開關(guān)時，調(diào)節(jié)它以補償玻璃電極的不對稱電勢；量程選擇開關(guān)6是用來選擇所要測量的量程，把它旋轉(zhuǎn)指在“7~0”位置時讀指示電表上“7~0”的讀數(shù)，如果把它旋轉(zhuǎn)至“7~14”位置時則應(yīng)讀指示電表上“7~14”的讀數(shù)，而“0”位置表示指示電表短路，為防止儀器在運輸或移動過程中指示電表指計擺動打彎而使儀器受損壞，所以儀器不測量時量程選擇開關(guān)通常均應(yīng)指在“0”位置，溫度補償器7用以補償被測溶液的溫度，通常指在室溫。轉(zhuǎn)動此旋鈕不要過分用力，以防止固定螺絲位置松動，影響準(zhǔn)確度，pH-mV開關(guān)5供選擇儀器測定溶液pH值，還是測定電極電勢（mV）。若測定pH值，則開關(guān)轉(zhuǎn)到pH位置；若測定mV值，則轉(zhuǎn)到mV位置。
由于電極不對稱電勢的存在，用玻璃電極測定溶液的pH值時一般采用比較法測定，就是先測一已知pH值的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液得到一讀數(shù)，然后測未知溶液得到另一讀數(shù)，這兩讀數(shù)之差就是兩種溶液pH值之差。由于其中一個是已知的，另一個未知的就不難算出來。為了方便起見，儀器上的定位調(diào)節(jié)器3實際上就是用來抵消電極的不對稱電勢。當(dāng)測量標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液時，利用這個定位調(diào)節(jié)器把指示電表指針調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的pH值上，這樣就使以后測量未知溶液時，指示電表指針的讀數(shù)就是未知溶液的pH值，省去了計算手續(xù)。通常把前面一步稱為“校準(zhǔn)”，后面一步稱為“測量”。一臺已經(jīng)校準(zhǔn)過的pH計，在一定時間內(nèi)可以連續(xù)測量許多未知液，但如果玻璃電極的穩(wěn)定性還沒有完全建立，經(jīng)常校準(zhǔn)還是必要的。
（2） 測量溶液pH值的具體步驟
①準(zhǔn)備 儀器接通電源，預(yù)熱5min，并將玻璃電極和甘汞電極接到儀器上，固定在電極夾中。
②校準(zhǔn)
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g. 放開讀數(shù)開關(guān)，指示電表指針應(yīng)回到pH=7.0處，如有變動，則應(yīng)再調(diào)零點后重新校準(zhǔn)；
h. 將量程選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到“0”位置，校準(zhǔn)工作結(jié)束。
③測量
a. 把兩個電極清洗后浸入裝有未知pH值溶液的小燒杯中；
b. 把量程選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到被測溶液的pH范圍，按下讀數(shù)開關(guān)，指示電表指針?biāo)傅目潭燃礊楸粶y溶液的pH值；c. 記下pH值，放開讀數(shù)開關(guān)，并將量程選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到“0”處。
2. pHXB-302K型酸度計
（1） 儀器介紹
pHXB-302K型酸度計的測量部分與pH-25型酸度計完全相同，都是利用玻璃電極與甘汞電極在不同pH溶液中產(chǎn)生的毫伏信號，但轉(zhuǎn)換器部分卻采用了大規(guī)模集成電路，微安計采用液晶數(shù)字顯示結(jié)果，外形小巧美觀。pHXB-302K型酸度計內(nèi)裝9V電池，外可接220V電源，兼?zhèn)淞瞬婚g斷電源的特性。它重現(xiàn)性好，抗干擾性強，操作簡便，讀數(shù)清晰可靠，其測量范圍為0~14pH(或0~±1999mV)，分辨率0.01pH（或1mV），準(zhǔn)確度不大于±0.02pH或不大于(2±1)mV。
pHXB-302K型酸度計面參見實驗室中的儀器圖，其中液晶顯示屏1可顯示溫度數(shù)值和pH值（或mV值）；電源開關(guān)4按下為接通電源；pH/mV選擇開關(guān)3按下時顯示為mV，彈出時顯示為pH；溫度補償開關(guān)2按下可調(diào)節(jié)溫度補償，其數(shù)值在液晶顯示屏上顯示出，調(diào)好后再接此鍵使它彈出，才能進行pH(或mV)的測量；溫度補償旋鈕［TEMP(℃)］6在測pH時，按下溫度補償開關(guān)2后，調(diào)節(jié)這個溫度補償旋鈕使液晶顯示屏顯出的數(shù)字與補測溶液的溫度一樣；定位旋鈕（CALIB）5的作用是消除電極的不對稱電勢對pH測量的影響。此外，電極插孔在酸度計右側(cè)面，而接線柱在酸度計后面。


（2） 操作步驟
①接通電源，如果使用交流電源，可直接將電源插頭插入220V電源插座上。也可以只用pH計內(nèi)藏的9V電池。
②把準(zhǔn)備好的玻璃電極和甘汞電極的引線插入pH計電極插孔中，并將兩電極浸入用于定位的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液中。
③按下電源開關(guān)4，液晶顯示屏顯出數(shù)字，將pH/mV選擇開關(guān)置于pH（即彈出）狀態(tài)。
④按下溫度補償開關(guān)2，調(diào)節(jié)溫度補償旋鈕6，使液晶顯示屏上顯出的數(shù)字與用溫度計測出的溶液溫度數(shù)值相同，此時液晶顯示屏上的數(shù)字前帶有“-”號，然后再按動溫度補償開關(guān)使其彈出。
⑤用定位旋鈕5將液晶顯示屏上顯示的pH數(shù)值調(diào)節(jié)到標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的給定pH值（注意，數(shù)字前面此時沒有“-”號）。定位完畢，注意在以后測量未知溶液pH值時，不要再轉(zhuǎn)動定位旋鈕。
⑥當(dāng)被測的未知溶液與標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的溫度相同時，只要把兩電極用去離于水沖洗一下，用碎濾紙片吸干電極上的水后，把兩電極浸入被測的未知溶液中，便可由液晶顯示屏上讀出未知溶液的pH值。但當(dāng)被測的未知溶液與標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的溫度不同時，需要重新進行溫度補償調(diào)節(jié)，然后再測量溶液的pH值。
使用pHXB-302K型酸度計進行電極電勢測量時，只需按下pH/mV選擇開關(guān)，液晶顯示屏顯示出來的數(shù)字就是被測電極的電極電勢（mV值）。
3. 甘汞電極
甘汞電極是常用的參比電極。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(gòu)成的。汞上面插入鉑絲，與外導(dǎo)線相連，KCl溶液盛在底部玻璃管內(nèi)，管的下端開口用陶瓷塞塞住，通過塞內(nèi)的毛細(xì)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(nèi)滲漏，否則將影響電極讀數(shù)的重現(xiàn)性，導(dǎo)致不準(zhǔn)確的結(jié)果。為了避免出現(xiàn)這種結(jié)果，使用甘汞電極時最好把它上面的小橡皮塞拔下，以維持管內(nèi)足夠的液位壓差，斷絕被測溶液通過毛細(xì)孔滲入的可能性。在使用甘汞電極時還應(yīng)注意，KCl溶液要浸沒內(nèi)部小玻璃管的下口，并且在彎管內(nèi)不允許有氣泡將溶液隔斷。甘汞電極做成下管較細(xì)的彎管，有助于調(diào)節(jié)與玻璃電極間的距離，以便在直徑較小的容器內(nèi)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(xì)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(nèi)裝的KCl溶液濃度（實質(zhì)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。
4. 玻璃電極
玻璃電極的關(guān)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(nèi)裝有一定濃度的HCl溶液(常用0.1mol·dm-3 HCI)，并將覆蓋有一薄層AgCl的銀絲插入HCl溶液中，再用導(dǎo)線接出，即構(gòu)成一個玻璃電極。
當(dāng)玻璃電極浸入待測pH值的溶液中時，玻璃薄膜內(nèi)外兩側(cè)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(cè)與待測pH溶液的相界面上要發(fā)生離子交換，有H 離子進出；同樣，玻璃膜內(nèi)側(cè)與膜內(nèi)裝的0.1mol·dm-3 HCI溶液的相界面上也要發(fā)生離子交換，也有H 離子進出。由于玻璃膜兩側(cè)溶液中H 離子濃度的差異，以及玻璃膜水化凝膠層內(nèi)離子擴散的影響，就逐漸在膜外側(cè)和膜內(nèi)側(cè)兩個相界面之間建立起一個相對穩(wěn)定的電勢差，稱為膜電勢。由于膜內(nèi)側(cè)HCl溶液中C（H ）= 0.1mol·dm-3，為定值，當(dāng)玻璃膜內(nèi)離子擴散情況穩(wěn)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(cè)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
玻璃電極在初次使用時，應(yīng)先把下端的玻璃球浸泡在去離子水中數(shù)小時，甚至一晝夜，以穩(wěn)定其不對稱膜電勢，不用時，最好也把玻璃球泡浸泡在去離子水中，以便下次使用時可以簡化浸泡和校正的手續(xù)。
玻璃電極具有許多優(yōu)點，諸如它不易“中毒”，不受溶液中氧化劑和其他雜質(zhì)的影響，比較穩(wěn)定，可以在渾濁、有色或膠體溶液中使用，而且測量時所用待測溶液的量可以比較少，操作又很簡便，所以在工業(yè)生產(chǎn)和實驗室工作中廣泛應(yīng)用。但是，玻璃電極的缺點也是很明顯的，它很薄、很脆，且具有高電阻，在相當(dāng)稀的酸或堿溶液中使用受到一定的限制，一般測量適用的pH范圍為1~10。