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(guān)化學組成、化學變化中，量和能量的關(guān)系及其計算。其出發(fā)點是原子論、質(zhì)能守恒定律及一些化學的基本定律?；瘜W計量包括反應(yīng)物和產(chǎn)物量的計算、化學平衡的計算、化學反應(yīng)速率的計算、化學反應(yīng)中能量的計算等。而pH 計作為化學儀器的最基礎(chǔ)的設(shè)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(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(zhì)量守恒定律，對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(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冪指數(shù)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(shù)值用對數(shù)代替，并定義為“pH 值”。數(shù)學上定義pH 值為氫離子濃度的常用對數(shù)負值。即pH=-log[H+]。

因此，pH 值是離子濃度以10 為底的對數(shù)的負數(shù)。

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(zhì)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(gòu)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(fā)生變化作出反應(yīng)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(shù)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(chǎn)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(zhuǎn)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(yīng)的pH 數(shù)值；而數(shù)字式pH 計則直接以數(shù)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(diào)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(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。

酸度計的二點校準：

精密級的pH 計，除了設(shè)有“定位”和“溫度補償”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(jù)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(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，浸入第二種標準溶液中。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(fù)第①、②步驟，直至在二種標準溶液中不需要調(diào)節(jié)旋鈕都能顯示正確pH 值。

4 pH 計的應(yīng)用

近年來，化學計量得到了飛速發(fā)展，而pH 作為化學計量中一個重要的基礎(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 認證中的必備檢驗設(shè)備。

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

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

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