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　　[摘要]：酸度计简称PH计，是根据ph实际定义采用氢离子选择性电极测量水溶液ph值的一种广泛使用的化学分析仪器，是用其电势法测量ph。本文对其原理以及结构组成进行简要论述，并对酸度计的使用过程应该注意的事项进行详细的阐述。对酸度的使用和维护具有一定的帮助。
　　
　　关键字：酸度计，原理，分类，使用，保养，维护
　　
　　引言：
　　
　　酸度计是一种常用的仪器设备,又名PH计。主要用来精密测量液体介质的酸碱度值,配上相应的离子选择电极也可以测量离子电极电位MV值，广泛应用于工业,农业,科研,环保等领域.使用中若能够合理维护电极、按要求配制标准缓冲液和正确操作电计,可大大减小pH示值误差，从而提高化学实验、检验数据的可靠性。
　　
　　以下酸度计主要以中国福建省福安市科立龙电子有限公司生产的酸度计进行阐述，酸度计常用的种类主要分为工业在线酸度计，台式酸度计，便携式酸度计，笔式酸度计四大类别，如图1。　　1.酸度计的原理
　　
　　pH值的测量方法主要有两种:比色法和电测法。测量范围0～14pH。比色法是通过pH试纸颜色的变化测量溶液的pH值，是采用有些指示剂在不同的酸碱度下能呈现能变化或变化为不同颜色这一种特性来测量溶液酸碱度的一种方法。此方法方便、快捷，但比色法受因溶液本身颜色或含蛋白质等干扰而限制采用，这种方法只适用于分辨力大于0.5pH值的测量，而对于分辨力小于0.5pH的测量，目前基本已淘汰比色法。我们均采用电计测法即用酸度计进行。以下主要介绍这种测量方法。
　　
　　酸度计（以下简称pH计）是根据pH实用定义采用氢离了选择性电极测量水溶液pH值的一种广泛使用的化学分析仪器，是用其电势法测量pH。其原理是:当一个氢离子可逆的指示电极和一个参比电极同时浸入在某一溶液中组成原电池（参比电极电位原则是不变的，并应己知），在一定的温度下产生一个电动势，这个电动势与溶液的氢离子活度有关，而与其他离子的存在关系很小（如图2所示）。25℃下液相中氢离子活度为lmol/kg，气相氢气压为1.01325×（1个大气压），这时的氢电极称为标准氢电极，它的电极电势为零。任何电极的电势都可以依据这个标准氢电极来度量。将待测电极与标准氢电极连接，温度控制在25℃,所测的电池电动势称为标准电极电势。因此，待测溶液pH的变化可以直接表示为它所构成的电池电动势的变化:　　式中:R为摩尔气体常数（8.3143J/mol·k）;F为法拉第常数（96487.0c/mol）;T为绝温度（273.15℃+t）;Eo为标准电极电位，V。　　由上式可知，测得电池电动势后，可以计算出溶液的pH值。pH值的数值跟产生的电动势电压（一般在±500mV以内）有很大的关系。目前广泛使用的pH计就是根据这一原理而设计的。
　　
　　2.酸度计的结构组成
　　
　　酸度计有三个部件组成，包括一个参比电路，一个指示电极和一个电流计，简单的说就是电极和电流计组成。
　　
　　2.1参比电极
　　
　　常用的参比电极是甘汞电极。它是由汞（Hg）和甘汞（Hg2Cl2）的糊状物装入一定浓度的（KCl）溶液中构成的。汞上面插入铂丝，与外导线相连，KCl溶液盛在底部玻璃管内，管的下端开口用陶瓷塞塞住，通过塞内的毛细孔，在测量时允许有少量KCl溶液向外渗漏，但绝不允许被测溶液向管内渗漏，否则将影响电极读数的重现性，导致不准确的结果。为了避免出现这种结果，使用甘汞电极时把它上面的小橡皮塞拔下，以维持管内足够的液位压差，断绝被测溶液通过毛细孔渗入的可能性。在使用甘汞电极时还应注意，KCl溶液要浸没内部小玻璃管的下口，并且在弯管内不允许有气泡将溶液隔断。
　　
　　甘汞电极做成下管较细的弯管，有助于调节与玻璃电极间的距离，以便在直径较小的容器内也可以插入进行测量。甘汞电极在不用时，可用橡皮套将下端毛细孔套住或浸在KCl溶液中，但不要与玻璃电极同时浸在去离子水中保存。甘汞电极的电极电势只随电极内装的KCl溶液浓度（实质上是Cl-离子浓度）而改变，不随待测溶液的pH值不同而变化。通常所用的饱和KCl溶液的甘汞电极的电极电势为0.2415V，而用0.1mol•dm-3KCl溶液的甘汞电极，其电极电势为0.2810V。
　　
　　2指示电极
　　
　　2.2.1玻璃电极
　　
　　由玻璃支杆、玻璃膜、内参比溶液、内参比电极、电极帽、电线等组成。
　　
　　玻璃支杆；玻璃膜：由特殊成份组成的对氢离子敏感的玻璃膜组成。玻璃膜一般呈球泡状；球泡内充入内参比溶液（中性磷酸盐和氯化钾的混合溶液）；插入内参比电极（一般用银/氯化银电极），用电极帽封接引出电线，装上插口，就成为一支pH指示电极。市场销售的zui常用的指示电极是231玻璃pH电极。
　　
　　玻璃电极的关键部分是连接在玻璃管下端的、用特制玻璃（其组成：SiO2，Na2O和CaO的质量分数分别为0.72，0.22和0.06）制成的半圆球形玻璃薄膜，膜厚50μm。在玻璃薄膜圆球内装有一定浓度的HCl溶液（常用0.1mol•dm-3HCI），并将覆盖有一薄层AgCl的银丝插入HCl溶液中，再用导线接出，即构成一个玻璃电极。
　　
　　当玻璃电极浸入待测pH值的溶液中时，玻璃薄膜内外两侧都因吸水膨润而分别形成两个极薄的水化凝胶层，中间则仍为干玻璃层。在进行pH测定时，玻璃膜外侧与待测pH溶液的相界面上要发生离子交换，有H+离子进出；同样，玻璃膜内侧与膜内装的0.1mol•dm-3HCI溶液的相界面上也要发生离子交换，也有H+离子进出。由于玻璃膜两侧溶液中H+离子浓度的差异，以及玻璃膜水化凝胶层内离子扩散的影响，就逐渐在膜外侧和膜内侧两个相界面之间建立起一个相对稳定的电势差，称为膜电势。由于膜内侧HCl溶液中C（H+）=0.1mol•dm-3，为定值，当玻璃膜内离子扩散情况稳定后，它对膜电势的影响也为定值，因此膜电势就只取决于膜外侧待测pH溶液中的H+浓度（C（H+））。在膜电势与AgCl-Ag电极的电势合并后，即得玻璃电极的电极电势:φ玻璃电极=φ0玻璃电极+（2.303RT/2F）×lg［C（H+）］／C0］2.
　　
　　2.2.2复合电极
　　
　　目前市场使用的电极为复合电极的情况越来越普遍，详细复合电极概念介绍如下，注意复合电极只是复合了以上两种电极的功能，简单明了操作功能。
　　
　　外壳为塑料的就称为塑壳pH复合电极。外壳为玻璃的就称为玻璃pH复合电极。pH复合电极的结构主要由电极球泡、玻璃支持杆、内参比电极、内参比溶液、外壳、外参比电极、外参比溶液、液接界、电极帽、电极导线、插口等组成。
　　
　　⑴电极球泡：它是由具有氢功能的锂玻璃熔融吹制而成，呈球形，膜厚在0.1～0.2mm左右，电阻值<250兆欧25℃。
　　
　　⑵玻璃支持管：是支持电极球泡的玻璃管体,由电绝缘性优良的铅玻璃制成，其膨胀系数应与电极球泡玻璃一致。
　　
　　⑶内参比电极：为银/氯化银电极，主要作用是引出电极电位，要求其电位稳定，温度系数小。
　　
　　⑷内参比溶液：零电位为7pH的内参比溶液，是中性磷酸盐和氯化钾的混合溶液，玻璃电极与参比电极构成电池建立零电位的pH值，主要取决于内参比溶液的pH值及氯离子浓度。
　　
　　⑸电极塑壳：电极塑壳是支持玻璃电极和液接界，盛放外参比溶液的壳体，由聚碳酸酯塑压成型。
　　
　　⑹外参比电极：为银/氯化银电极，作用是提供与保持一个固定的参比电势，要求电位稳定，重现性好，温度系数小。
　　
　　⑺外参比溶液：为3.3mol/L的氯化钾凝胶电解质，不易流失，无需添加。
　　
　　⑻砂芯液接界：液接界是构通外参比溶液和被测溶液的连接部件，要求渗透量稳定。
　　
　　⑼电极导线：为低噪音金属屏蔽线，内芯与内参比电极连接，屏蔽层与外参比电极连接。
　　
　　2.3电流计
　　
　　电流计的功能就是将原电池的电位放大若干倍，放大了的信号通过电表显示出，电表指针偏转的程度表示其推动的信号的强度，为了使用上的需要，酸度计电流表的表盘刻有相应的pH数值；而数字式PH计酸度计则直接以数字显出pH值。
　　
　　3.酸度计的分类
　　
　　酸度计一般可以按照应用场合、仪器精度、读数指示、元器件类型进行分类：
　　
　　1.据仪器精度分类：可分为0.2级、0.1级、0.02级、0.01级和0.001级，数字越小，精度越高。2.根据元器件类型分类：可分为晶体管式、集成电路式和单片机微电脑式，现在更多的是应用微电脑芯片，大大减少了仪器体积和单机成本，但芯片的开发成本很贵。3.根据应用场合分类：可分为笔式PH计、便携式PH计、实验室台式PH计和工业PH计等。笔式pH计主要用于代替pH试纸的功能，具有精度低、使用方便的特点。便携式pH计主要用于现场和野外测试方式，要求较高的精度和完善的功能。实验室pH计是一种台式高精度分析仪表，要求精度高、功能全，有些包括打印输出、数据处理等等。工业pH计是用于工业流程的连续测量，不仅要有测量显示功能，还要有报警和控制功能，以及安装、清洗、抗干扰等等问题的考虑。3.4根据读数指示分类：可分为指针式和数字显示式二种。指针式pH计现在已很少使用，但指针式仪表能够显示数据的连续变化过程，因此在滴定分析中还有使用。
　　
　　4.酸度计的正确使用与维护
　　
　　4.1正确使用与保养电极
　　
　　目前科立龙公司的产品使用的电极都是复合电极，其优点是使用方便，不受氧化性或还原性物质的影响，且平衡速度较快。例如201DHPH电极，201WPH电极均为复合电极，如图3。使用时，将电极加液口上所套的橡胶套和下端的橡皮套全取下，以保持电极内氯化钾溶液的液压差。下面就把电极的使用与维护简单作一介绍：⑴复合电极不用时，可充分浸泡3M氯化钾溶液中。切忌用洗涤液或其他吸水性试剂浸洗。⑵使用前，检查玻璃电极前端的球泡。正常情况下，电极应该透明而无裂纹；球泡内要充满溶液，不能有气泡存在。⑶测量浓度较大的溶液时，尽量缩短测量时间，用后仔细清洗，防止被测液粘附在电极上而污染电极。⑷清洗电极后，不要用滤纸擦拭玻璃膜，而应用滤纸吸干,避免损坏玻璃薄膜、防止交叉污染，影响测量精度。⑸测量中注意电极的银—氯化银内参比电极应浸入到球泡内氯化物缓冲溶液中，避免电计显示部分出现数字乱跳现象。使用时，注意将电极轻轻甩几下。⑹电极不能用于强酸、强碱或其他腐蚀性溶液。⑺严禁在脱水性介质如无水乙醇、重铬酸钾等中使用。　　4.2标准缓冲液的配制及其保存
　　
　　⑴pH标准物质应保存在干燥的地方，如混合磷酸盐pH标准物质在空气湿度较大时就会发生潮解,一旦出现潮解,pH标准物质即不可使用。
　　
　　⑵配制pH标准溶液应使用二次蒸馏水或者是去离子水。如果是用于0.1级pH计测量，则可以用普通蒸馏水。
　　
　　⑶配制pH标准溶液应使用较小的烧杯来稀释，以减少沾在烧杯壁上的pH标准液。存放pH标准物质的塑料袋或其它容器，除了应倒干净以外，还应用蒸馏水多次冲洗，然后将其倒入配制的pH标准溶液中，以保证配制的pH标准溶液准确无误。
　　
　　⑷配制好的标准缓冲溶液一般可保存2—3个月，如发现有浑浊、发霉或沉淀等现象时，不能继续使用。
　　
　　⑸碱性标准溶液应装在聚乙烯瓶中密闭保存。防止二氧化碳进入标准溶液后形成碳酸，降低其pH值。
　　
　　4.3酸度计的正确校准
　　
　　pH计因电计设计的不同而类型很多，其操作步骤各有不同，因而pH计的操作应严格按照其使用说明书正确进行。在具体操作中，校准是pH计使用操作中的一重要步骤。
　　
　　尽管pH计种类很多，但其校准方法均采用两点校准法，即选择两种标准缓冲液：一种是pH7标准缓冲液，第二种是pH9标准缓冲液或pH4标准缓冲液。先用pH7标准缓冲液对电计进行定位，再根据待测溶液的酸碱性选择第二种标准缓冲液。如果待测溶液呈酸性，则选用pH4标准缓冲液；如果待测溶液呈碱性，则选用pH9标准缓冲液。若是手动调节的pH计，应在两种标准缓冲液之间反复操作几次，直至不需再调节其零点和定位（斜率）旋钮，pH计即可准确显示两种标准缓冲液pH值。则校准过程结束。此后，在测量过程中零点和定位旋钮就不应再动。若是智能式pH计，则不需反复调节，因为其内部已贮存几种标准缓冲液的pH值可供选择、而且可以自动识别并自动校准。但要注意标准缓冲液选择及其配制的准确性。智能式0.01级pH计一般内存有三至五种标准缓冲液pH值，如科立龙公司的KL-016型pH计等。
　　
　　其次，在校准前应特别注意待测溶液的温度。以便正确选择标准缓冲液,并调节电计面板上的温度补偿旋钮,使其与待测溶液的温度一致。不同的温度下，标准缓冲溶液的pH值是不一样的。而科立龙电子有限公司的几款则具备了自动温度补偿功能，如KL-099笔式防水型pH及KL-009II笔式高精度酸度计等诸多产品，如图4.　　
　　校准工作结束后，对使用频繁的pH计一般在48小时内仪器不需再次定标。如遇到下列情况之一，仪器则需要重新标定：
　　
　　⑴溶液温度与定标温度有较大的差异时.
　　
　　⑵电极在空气中暴露过久，如半小时以上时.
　　
　　⑶定位或斜率调节器被误动；
　　
　　⑷测量过酸（pH<2）或过碱（pH>12）的溶液后；
　　
　　⑸换过电极后；
　　
　　⑹当所测溶液的pH值不在两点定标时所选溶液的中间，且距7pH又较远时。
　　
　　4.4酸度计的使用维护
　　
　　仪器除正确使用外更加需要了解仪器的维护和测量时注意事项。以下是其维护注意事项:
　　
　　（1）仪器的输入端（即电极插口）必须保持清洁,不用时将接续器插入,以防灰尘侵入,在环境温度较高时,应把电极用净布擦干。
　　
　　（2）玻璃电极球泡的玻璃很薄,因此易使它与烧杯等硬物相碰。防止球泡破碎,一般安装时,甘汞电极头部应高出球泡头部,以便在摇动时球泡不会碰到烧杯底。
　　
　　（3）使用玻璃电极和甘汞电极时,必须注意内电极与泡之间及内电极和陶瓷芯之间是否有气泡停留,如果有,则必须除掉。
　　
　　（4）玻璃电极球泡勿接触污物,如发现沾污可用医用棉花轻擦球泡部分或用0·1mol·L-1盐酸清洗之。
　　
　　（5）在按下读数开关时,如果发现指针严重甩动时,应放开读数开关检查分档开关,位置及其它调节器是否恰当,电极头是否浸入溶液。
　　
　　（6）转动温度调节旋钮时勿用力太大,以防止移动紧固螺丝位置造成误差。
　　
　　（7）当被测讯号较大,发生指针严重甩动的现象时,应转动分档开关使指针在刻度之内,并需等待1min左右,使指针稳定为止。
　　
　　（8）探头不能用脱水物质如浓乙醇、浓硫酸等物质清洗,会引起电极表面失水而损坏氢功能。
　　
　　（9）指针酸度计测量完毕时,必须先放开读数开关,再移去溶液,如果不放开读数开关就移去溶液则指针甩动厉害,影响后面测定的准确性。除了仪器的维护外,也必须提一提它的测量注意事项:
　　
　　（1）测量前必须把仪器和标准溶液以及被测液体提前放在实验室。对于0·01级以上的电位差计,应在室温18℃~22℃条件下工作。
　　
　　（2）仪器探头在测量前必须清洗干净电极,一定要在蒸馏水中充分浸泡24h以上。
　　
　　（3）在测量两种标准溶液以及每次使用测量之前,一定要将电极上的残留溶液冲洗干净,以免污染下一种标准溶液,电极冲洗后要用滤纸将电极上残留的蒸馏水吸干,而不是擦干,以免损伤电极。
　　
　　（4）测量中必须使探头和温度计充分浸到被测溶液中,并保持一段时间,使其数值稳定后才读数。
　　
　　结语
　　
　　4.1随着生活水平的提高，人们对环境质量的要求愈来愈高，特别是化学实验，工业生产以及农业渔业对水体质量参数的要求更是重中之重，必须严格按照行业要求和相关规章制度，科学、合理地使用好该仪器。
　　
　　4.2由于酸度计经常接触化学药品，为保证仪器正常使用，需对其进行合理的日常维护。福建省福安市科立龙电子有限公司全心全意致力于产品创新，努力以更好的服务，提供更加方便维护与使用的产品，以满足人们的需要。
　　
作者：林銮生，毕业于厦门大学无线电物理专业
　　
　　     林宇晖，毕业于福建师范大学，现在福建省福安市科立龙电子有限公司从事 计量仪器仪表工作。