什么是“pH”？和pH计使用中的基本知识

pH是什么？

pH，也称氢离子浓度指数、酸碱值，是溶液中氢离子活度的一种标度，也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准。

水的电离

这个概念在1909年由丹麦生物化学家Søren Peter Lauritz Sørensen首次提出。p代表德语Potenz，意思是力量或浓度，H（hydrogen ion）代表氢离子（H+）。

通常情况下（25℃、298K左右），pH值越趋向于0表示溶液酸性越强，越趋向于14表示溶液碱性越强，当pH<7的时候，溶液呈酸性，当ph>7的时候，溶液呈碱性，当pH=7的时候，溶液为中性。

pH值在计算中，[H+]指的是溶液中氢离子的物质的量浓度（有时也被写为H3O+ ]，水合氢离子的物质的量浓度）。

pH表示溶液中氢离子的浓度c（H+）,并用其判断溶液的酸碱度，但是实际上溶液中的氢离子浓度是没办法测量的，所以国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）从操作上定义了pH≈-lg[c（H+）/（mol/L）]，并列表规定了参考pH标准值。由于pH是从操作上定义的，所以一般认为pH是没有单位的。

pH的数学表达式是 -lg[H+] ,而且在数学上,自然对数的负值用p表示，由于pH的特殊性及规定和表达式等，一般pH的写法只有 p小写，H大写 符合规范，像ph，PH，Ph等等写法都是不规范的写法！

那么你知道pH里面p为什么是小写而H是大写吗？

“pH”中的“H”代表hydrogenion氢离子（H+）这个已经毫无疑问，但是p的来源却存在争议，莫衷一是。

第一种称p代表德语“Potenz”，意思是力度、强度，一说代表法语puissance，同样是“力度，强度”的意思；

第二种称pH代表拉丁文“pondus hydrogenii”，即“quantity of hydrogen（氢的量）”，一说是拉丁文中potentia hydrogenii (capacity of hydrogen), 对应英文中的potential hydrogen。

第三种认为p只是提出者索伦森随意选定的符号，因为他也用了q。

如今的化学界都是把p加在无量纲量前面表示该量的负对数，所以p要用小写。H表示是氢离子，因为氢的元素符号是H，因此要大写！

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1．什么是pH标准缓冲溶液？它有哪些特点？

pH缓冲溶液是一种能使pH值保持稳定的溶液。如果向这种溶液中加入少量的酸或碱，或者在溶液中的化学反应产生少量的酸或碱，以及将溶液适当稀释，这个溶液的pH值基本上稳定不变，这种能对抗少量酸碱或大或小稀释，而使pH值不变化的溶液就称为缓冲溶液。

pH标准缓冲液有以下特点：

1.1 标准溶液的pH值是已知的，并达到规定的准确度。

1.2 标准溶液的pH值有良好的复现性和稳定性，具有较大的缓冲容量，较小的稀释值和较小的温度系数。

1.3 溶液的制备方法简单。

2．如何配制pH标准缓冲溶液？

对于一般pH测量，可使用成套的pH缓冲试剂（可配制250mL），配制溶液时，应使用去离子水，并预先煮沸15-30分钟，以除去溶解的二氧化碳。剪开塑料袋将试剂倒入烧杯中，用适量去离子水使之溶解，并冲洗包装袋，再倒入250mL容量瓶中，稀释至刻度，充分摇匀即可。

3．如何正确保存和使用pH缓冲溶液？

缓冲溶液配制后，应装在玻璃瓶或聚乙烯瓶中（碱性pH缓冲液如pH 9.18、pH 10.01、pH 12.46等,应装在聚乙烯瓶中）瓶盖严密盖紧，在冰箱中低温(5-10℃)保存，一般可使用六个月左右，如发现有混浊，发霉或沉淀现象，不能继续使用。使用时，应准备几个50mL的聚乙烯小瓶，将大瓶中的组冲溶液倒入小瓶中，并在环境温度下放置1-2个小时，等温度平衡后再使用。使用后不得再倒入大瓶中，以免污染，瓶中的缓冲溶液在＞10℃的环境条件下可以使用2-3天，一般pH 7.00、pH 6.86、pH 14.00三种溶液使用时间可以长一些，pH 9.18和pH 10.01溶液由于吸收空气中的二氧化碳,其pH值比较容易变化。

4． pH缓冲溶液有何用途？

4.1 pH测量前标定校准pH计。

4.2 用以检定pH计的准确性，例如用pH 6.86和pH 14.00标定PH计后，将PH电极插入pH 9.18溶液中，检查仪器显示值和标准溶液的pH值是否一致。

4.3 在一般精度测量时检pH计是否需要重新标定。pH计标定并使用后也许会产生漂移或变化，因此在测试前将电极插入与被测溶液比较接近的标准缓冲液中，根据误差大小确定是否需要重新标定。

4.4 检测pH电极的性能。

5． pH电极为何要浸泡？如何正确浸泡pH复合电极？

pH电极使用前必须浸泡，因为pH球泡是一种特殊的玻璃膜，在玻璃膜表有一很薄的凝胶层，它只有在充分湿润的条件下才能与溶液中的氢离子有良好的影响。同时，玻璃电极经过浸泡，可以使不对称电势大大下降并趋向稳定。pH玻璃电极一般可以用蒸馏水或pH 4.00缓冲溶液浸泡。通常用pH 4.00缓冲溶液浸泡更好上些，浸泡时间至24小时或更长，根据球泡玻璃膜厚度、电极老化程度而不同。同时，参比电极的液接界也需要浸泡。因为如果液接界干涸会使液接界电势增大或不稳定，参比电极的浸泡液必须和参比电极的外参比溶液一致，即3.3mol/L KCL溶液或饱和KCL溶液，浸泡时间一般几小时即可。

因此，对pH复合电极而言，就必须浸泡在含KCL的pH 4.00缓冲液中，这样才能对玻璃球泡和液接界同时起作用。这里要特别提醒注意，因为过去人们使用单支的PH玻璃电极已习惯于用去离子水或pH4缓冲液浸泡，后来使用pH复合电极时依然采用这样的浸泡方法，甚至在一些不正确的pH复合电极的使用说明书中也会进行这种错误的指导。这种错误的浸泡方法引起的直接后果就是使一支性能良好的pH复合电极就成一支响应慢、精度差的电极，而且浸泡时间越长性能越差，因为经过长时间的浸泡，液接界内部（例如砂芯内部）的KCL浓度已大大降低了，使液接界电势增大和不稳定。当然，只要在正确的浸泡溶液中重新浸泡数小时，电极还是会复原的。

另外，pH电极也不能浸泡在中性或碱性缓冲溶液中，长期浸泡在此类溶液中会使pH玻璃膜响应迟钝。

正确的pH电极浸泡液的配制：取pH 4.00缓冲剂（250mL）一包，溶于250mL纯水中，再加入56克分析纯KCL，适当加热，搅拌至完全溶解即成。

6．可充式和非可充式pH复合电极有何区别？

pH复合电极外壳有塑料和玻璃的区分。可充式pH复合电极即在电极外壳上有一加液孔，当电极的外参比溶液流失后，可将加液孔打开，重新补充KCL溶液。而非可充式pH复合电极内装凝胶状KCL，不易流失也无加液孔。

可充式pH复合电极的特点是参比溶液有较高的渗透速度率，液接界电位稳定重现，测量精度较高。而且当参比电极减少或受污染后可以补充或更换KCL溶液，但缺点是使用较麻烦。可充式pH复合电极使用时应将加液孔打开，以增加液体压力，加速电极响应，当电解液液面低于加液孔2厘米时，应及时补充新的电解液。

非可充pH复合电极的特点是维护简单使用方便，因此也得到广泛的应用。但作为实验室PH电极极使用时，在长期和边续的使用条件下，液接界处的KCL浓度会减少，影响测试精度。因此非可充式pH复合电极不用时，应浸在电极浸泡液中，这样下次测试时电极性能会很好，而部分实验室pH电极都不是长期和边续的测试，因此这种结构对精度的影响是比较小的。而工业的PH复合电极由于对测试精度的要求比较低，所以使用方便就成为主要的选择。

7．如何正确使用pH复合电极？

7.1 球泡前端不应有气泡，如有气泡应用力甩去。

7.2 电极从浸泡瓶中取出后，应在去离子水中晃动并甩干，不要用纸巾擦拭球泡，否则由于静电感应电荷转移到玻膜上，会延长电势稳定的时间，更好的方法是使用被测溶液冲洗电极。

7.3 pH复合电极插入被测溶液后，要搅拌晃动几下再静止放置，这样会加快电极的响应。尤其使用塑壳pH复合电极时，搅拌晃动要厉害一些，因为球泡和塑壳之间会有一个小小的空腔，电极浸入溶液后有时空腔中的气体来不及排除会产生气泡，使球泡或液接界与溶液接角不良，因此必须用力搅拌晃动以排除气泡。

7.4 在粘稠性试样中测试之后，电极必须用去离子水反复冲洗多次，以除去粘附在玻璃膜上的试样。有时还需先用其它试剂洗去试样，再用水洗去溶剂，浸入浸泡液中活化。

7.5 避免接触强酸强碱或腐蚀性溶液，如果测试此类溶液，应尽量减少浸入时间，用后仔细清洗干净。

7.6 避免在无水乙醇、浓硫酸等脱水性介质中使用，它们会损坏球泡表面的水合凝胶层。

7.7 塑壳pH复合电极的外壳材料是聚碳酸酯塑料（PC）PC塑料在有些溶剂中会溶解，如四氯化碳、三氯乙烯、四氢呋喃等，如果测试中含有以上溶剂，就会电极外壳，此时应改用玻璃外壳的pH复合电极。

8．pH电极如何清洗？

球泡和液接界污染后先用以下溶剂清洗，再用去离子水洗去溶剂，将电极浸入浸泡液中活化。

（1）污染物：①无机金属氧化物、②有机油脂类物质、③树脂高分子物质、④蛋白质血球沉淀物、⑤颜料类物质。

（2）清洗剂：①低于1 mol/L稀酸、②稀洗涤剂（弱酸性）、③稀酒精、④丙酮、⑤乙醚、⑥酸性酶溶液（食母生片）、⑦稀漂白液、⑧过氧化氢。

9. 如何修复pH电极？

pH复合电极的“损坏”，其现象是敏感梯度降低、响应慢、读数重复性差，可能由以下三种因素引起，一般客户可以采用适当的方法予以修复。

9.1 电极球泡和液接界受污染，可以用细的毛刷、棉花或牙签等，仔细去除污物。有些塑壳电极头部的保护罩可以旋下，清洗就方便了，如污染严重，可按第8条的方法用清洁剂清洗。

9.2 外参比溶液受污染，有些电极的结构是可添加溶液的，此时，可用针筒将电极的外参比溶液抽净，配制新的3.3mol/L或饱和KCL溶液，再加进去，注意第一、二次加进去时再要抽出来，以便将电极内腔清洗净。

9.3 玻璃敏感膜老化：将电极球泡用0.1mol/L稀盐酸(9mL盐酸用纯水稀释至100mL)浸泡24小时用纯水洗净,再用电极浸泡溶液浸泡24小时。如果钝化比较严重，也可以将电极下端浸泡在45的氢氟酸溶液中3-5秒钟(溶液配制:4 mL氢氟酸用纯水稀释至100mL)，用纯水洗净，然后在电极浸泡溶液中浸泡24小时，使其恢复性能。

10. 什么是pH计的一点校准？

任何一种pH计都必须经过pH标准溶液的校准后才可测量样品的pH值，对于测量精度在0.1pH以下的样品，可以采一点校准方法调整仪器，一般选用pH 6.86或pH 7.00标准缓冲溶液。有些仪器本身只0.2pH或0.1pH，因此仪器只设有一个定位调节旋扭，具体操作步聚如下：

10.1 测量标准缓冲液温度，查表确定该温度下的pH值，将温度补尝旋钮调节至该温度下。

10.2 用纯水冲洗电极并甩干。

10.3 将电极浸入缓冲溶液晃动后静止放置.待读数稳定后，调节定位旋钮使仪器显示该标准溶液的pH值。

10.4 取出电极冲洗并甩干。

10.5 测量样品温度,并将pH计温度补偿旋钮调节至该温度值。

10.6 将电极浸入样品溶液,晃动后静止放置,显示稳定后读数。

11. 什么是pH计的两点校准?

对于精密级的pH计，除了设有“定位”和“温度补偿”调节外，还设电极“斜率”调节，它就需要用两种标准缓冲液进行校准。一般先以pH 6.86或pH 7.00进行“定位”校准，然后根据测试溶液的酸碱情况，选用pH 4.00（酸性）或pH 9.18或pH 10.01(碱性)缓冲溶液进行“斜率校正。具体操作步聚为：

11.1 电极极洗净并甩干，浸入pH 6.86或pH 7.00标准溶液中，温度补偿旋钮置于溶液温度处。待示值稳定后，调节定位旋钮使仪器示值为标准溶液的pH值。

11.2 取出电极洗净并甩干，浸入第二种标准溶液。待示值稳定后，调节仪器斜率旋钮，使仪器的示值为第二种标准溶液的pH值。

11.3 电极极洗净并甩干，再浸入pH 6.86或pH 7.00标准溶液中，如果误差超过0.02pH，则重复第（1），（2）步聚。直至在二种标准溶液中不需要调节旋钮都能显示正确的pH值。

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11.4 取出电极洗净并甩干，将pH温度补偿旋钮调节至样品温度，将电极浸入样品溶液，晃动后静止放置，显示稳定后读数。

12. 温度对pH精度测量有多大影响？

对pH电极，温度影响每一个pH为0.003pH/℃，例如一个0.2级的pH计，在30℃pH缓冲液中进行校准，然后测试60℃的溶液(假定溶液的pH范围在pH6-8之间与pH 7.00相差一个pH单位)，则温度影响的最大误差就是30×0.003=0.09pH。如果是3个pH单位(在pH4-10范围内)，最大误差就是0.27pH，从中可以看出温度对pH的影响是很大的。当然，我们也可以从中得出结论，为了减少温度对pH测量的误差，我们该注意以下三点：

12.1 尽量选择接近被测溶液pH值的缓冲溶液校准pH计。

12.2 尽量使校准溶液的温度与被测溶液的温度一致或接近。

12.3 应该选择有温度补偿的pH计。

精度高于0.1pH的pH计都有温度补偿调节，而0.2级的pH计就不带有温度补偿。有些0.2级的pH计也号称有0.1级的精度，其实这是不可能的，有人是将分辨率0.1pH和精度0.1pH这二个概念进行了混淆。即使以一个pH单位来说，相隔60℃的pH误差就是0.003×60=0.18pH，因此，没有温度补偿的pH计，最高的精度也只有0.2pH。

13. 温度补偿能消除所有温度引起的误差吗?

必须特别指出的是，pH计上设置的温度补偿，只是补偿电极的斜率项(2.303RT/F)。受温度影响的还有玻璃电极的标准电势，液接界电势等，它们与温度并非成严格的线性关系。同时pH电极也需要一定的时间才能达到新温度下的平衡。因此，不管是手动温度补偿还是自动温度补偿，都不是很充分的。根据pH测量的操作定义，要想得到精密的测量结果，样品溶液与标准溶液应在相同和恒定的温度下测量，这就是等温测量原理。对于一般精度要求的pH测量，样品溶液与标准溶液的温度不同时，可使用温度补偿。

14．如何判断你的pH计是否准确？

有不少用户在使用pH计时都心存疑惑，这个pH计到底准不准？有人以工作经验来判断，有人以pH试纸来判断，也有人以过去使用的pH计来判断，这些都是不可靠的。其实，唯一可靠和最简单的方法就是以pH标准缓冲溶液来来进行检定。这是唯一的检测标准。取三个标准缓冲溶液：pH 6.86、pH 4.00、pH 9.18(最好是新鲜配制并且温度相同),以pH 6.86进行定位校准,以pH 4.00进行斜率校准,然后测试pH 9.18，pH计是否准确，是否合格立见分晓。