pH計(jì)（酸度計(jì)）的使用

pH計(jì)又稱酸度計(jì)，是一種電化學(xué)測(cè)量?jī)x器，除主要用于測(cè)量水溶液的酸度（即pH值）外，還可用于測(cè)量多種電極的電極電勢(shì)。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(dòng)勢(shì)（毫伏信號(hào)），經(jīng)過(guò)一組轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鳎谖灿?jì)上以pH刻度值讀出。
其中指示電極的電極電勢(shì)要隨被測(cè)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(cè)溶液的pH值無(wú)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(shì)為0.2415V。
1. pH-25型酸度計(jì)
（1） 儀器介紹 pH-25型酸度計(jì)面板參見實(shí)驗(yàn)室中的儀器圖，其中零點(diǎn)調(diào)節(jié)器2在測(cè)溶液pH值時(shí)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(cè)量時(shí)作為接通電極的開關(guān)，按下時(shí)，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(diǎn)時(shí)應(yīng)將它放開后才能進(jìn)行；定位調(diào)節(jié)器3是在按下讀數(shù)開關(guān)時(shí)，調(diào)節(jié)它以補(bǔ)償玻璃電極的不對(duì)稱電勢(shì)；量程選擇開關(guān)6是用來(lái)選擇所要測(cè)量的量程，把它旋轉(zhuǎn)指在“7~0”位置時(shí)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(shí)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(yùn)輸或移動(dòng)過(guò)程中指示電表指計(jì)擺動(dòng)打彎而使儀器受損壞，所以儀器不測(cè)量時(shí)量程選擇開關(guān)通常均應(yīng)指在“0”位置，溫度補(bǔ)償器7用以補(bǔ)償被測(cè)溶液的溫度，通常指在室溫。轉(zhuǎn)動(dòng)此旋鈕不要過(guò)分用力，以防止固定螺絲位置松動(dòng)，影響準(zhǔn)確度，pH-mV開關(guān)5供選擇儀器測(cè)定溶液pH值，還是測(cè)定電極電勢(shì)（mV）。若測(cè)定pH值，則開關(guān)轉(zhuǎn)到pH位置；若測(cè)定mV值，則轉(zhuǎn)到mV位置。
由于電極不對(duì)稱電勢(shì)的存在，用玻璃電極測(cè)定溶液的pH值時(shí)一般采用比較法測(cè)定，就是先測(cè)一已知pH值的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液得到一讀數(shù)，然后測(cè)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(gè)是已知的，另一個(gè)未知的就不難算出來(lái)。為了方便起見，儀器上的定位調(diào)節(jié)器3實(shí)際上就是用來(lái)抵消電極的不對(duì)稱電勢(shì)。當(dāng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液時(shí)，利用這個(gè)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(cè)量未知溶液時(shí)，指示電表指針的讀數(shù)就是未知溶液的pH值，省去了計(jì)算手續(xù)。通常把前面一步稱為“校準(zhǔn)”，后面一步稱為“測(cè)量”。一臺(tái)已經(jīng)校準(zhǔn)過(guò)的pH計(jì)，在一定時(shí)間內(nèi)可以連續(xù)測(cè)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(cè)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(dòng)，則應(yīng)再調(diào)零點(diǎn)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(cè)量
a. 把兩個(gè)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(cè)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(cè)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(jì)
（1） 儀器介紹
pHXB-302K型酸度計(jì)的測(cè)量部分與pH-25型酸度計(jì)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(hào)，但轉(zhuǎn)換器部分卻采用了大規(guī)模集成電路，微安計(jì)采用液晶數(shù)字顯示結(jié)果，外形小巧美觀。pHXB-302K型酸度計(jì)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(qiáng)，操作簡(jiǎn)便，讀數(shù)清晰可靠，其測(cè)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(jì)面參見實(shí)驗(yàn)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(shí)顯示為mV，彈出時(shí)顯示為pH；溫度補(bǔ)償開關(guān)2按下可調(diào)節(jié)溫度補(bǔ)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(jìn)行pH(或mV)的測(cè)量；溫度補(bǔ)償旋鈕［TEMP(℃)］6在測(cè)pH時(shí)，按下溫度補(bǔ)償開關(guān)2后，調(diào)節(jié)這個(gè)溫度補(bǔ)償旋鈕使液晶顯示屏顯出的數(shù)字與補(bǔ)測(cè)溶液的溫度一樣；定位旋鈕（CALIB）5的作用是消除電極的不對(duì)稱電勢(shì)對(duì)pH測(cè)量的影響。此外，電極插孔在酸度計(jì)右側(cè)面，而接線柱在酸度計(jì)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(jì)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(jì)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(bǔ)償開關(guān)2，調(diào)節(jié)溫度補(bǔ)償旋鈕6，使液晶顯示屏上顯出的數(shù)字與用溫度計(jì)測(cè)出的溶液溫度數(shù)值相同，此時(shí)液晶顯示屏上的數(shù)字前帶有“-”號(hào)，然后再按動(dòng)溫度補(bǔ)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(shí)沒有“-”號(hào)）。定位完畢，注意在以后測(cè)量未知溶液pH值時(shí)，不要再轉(zhuǎn)動(dòng)定位旋鈕。
⑥當(dāng)被測(cè)的未知溶液與標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的溫度相同時(shí)，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(cè)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(cè)的未知溶液與標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的溫度不同時(shí)，需要重新進(jìn)行溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)，然后再測(cè)量溶液的pH值。
使用pHXB-302K型酸度計(jì)進(jìn)行電極電勢(shì)測(cè)量時(shí)，只需按下pH/mV選擇開關(guān)，液晶顯示屏顯示出來(lái)的數(shù)字就是被測(cè)電極的電極電勢(shì)（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(guò)塞內(nèi)的毛細(xì)孔，在測(cè)量時(shí)允許有少量KCl溶液向外滲漏，但絕不允許被測(cè)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(shí)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(cè)溶液通過(guò)毛細(xì)孔滲入的可能性。在使用甘汞電極時(shí)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(jìn)行測(cè)量。甘汞電極在不用時(shí)，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(shí)浸在去離子水中保存。甘汞電極的電極電勢(shì)只隨電極內(nèi)裝的KCl溶液濃度（實(shí)質(zhì)上是Cl-離子濃度）而改變，不隨待測(cè)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(shì)為0.2415V，而用0.1mol·dm-3KCl溶液的甘汞電極，其電極電勢(shì)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(gè)玻璃電極。
當(dāng)玻璃電極浸入待測(cè)pH值的溶液中時(shí)，玻璃薄膜內(nèi)外兩側(cè)都因吸水膨潤(rùn)而分別形成兩個(gè)極薄的水化凝膠層，中間則仍為干玻璃層。在進(jìn)行pH測(cè)定時(shí)，玻璃膜外側(cè)與待測(cè)pH溶液的相界面上要發(fā)生離子交換，有H 離子進(jìn)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(jìn)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(kuò)散的影響，就逐漸在膜外側(cè)和膜內(nèi)側(cè)兩個(gè)相界面之間建立起一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的電勢(shì)差，稱為膜電勢(shì)。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(kuò)散情況穩(wěn)定后，它對(duì)膜電勢(shì)的影響也為定值，因此膜電勢(shì)就只取決于膜外側(cè)待測(cè)pH溶液中的H 濃度(C（H )）。在膜電勢(shì)與AgCl-Ag電極的電勢(shì)合并后，即得玻璃電極的電極電勢(shì)：
 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(shí)，應(yīng)先把下端的玻璃球浸泡在去離子水中數(shù)小時(shí)，甚至一晝夜，以穩(wěn)定其不對(duì)稱膜電勢(shì)，不用時(shí)，最好也把玻璃球泡浸泡在去離子水中，以便下次使用時(shí)可以簡(jiǎn)化浸泡和校正的手續(xù)。
玻璃電極具有許多優(yōu)點(diǎn)，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(cè)量時(shí)所用待測(cè)溶液的量可以比較少，操作又很簡(jiǎn)便，所以在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室工作中廣泛應(yīng)用。但是，玻璃電極的缺點(diǎn)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(cè)量適用的pH范圍為1~10。