pH計（又稱酸度計），主要用來精密測量液體介質(zhì)的酸堿度值，作為普及率高、易上手、操作簡單的一種實(shí)驗(yàn)室儀器，廣泛用于實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，包括臺式、便攜式、在線過程檢測式等。然而，要正確的用好pH計，我們還需要對pH計進(jìn)行深入的了解，如標(biāo)準(zhǔn)緩沖液，pH電極，如何校準(zhǔn)等……

pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液是一種特殊的溶液，它具備維持pH值穩(wěn)定的能力。這種溶液的特點(diǎn)是，即使在加入少量的酸或堿，或者在溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生少量的酸或堿，甚至在溶液被適當(dāng)稀釋的情況下，其pH值仍能保持相對穩(wěn)定。簡而言之，這種溶液能夠抵抗小量的酸堿變化或稀釋，從而保持pH值的恒定。

pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液具備以下特性：
① 其pH值是預(yù)先確定的，并且精確到規(guī)定的程度。
② 它的pH值具有很高的再現(xiàn)性和穩(wěn)定性，這意味著它擁有較大的緩沖能力，較小的稀釋影響以及較小的溫度變化敏感性。
③ 制備這種溶液的方法簡便易行。

要制備pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液，可以遵循以下步驟：
① 選擇一套適合的pH緩沖試劑套裝，通常這些套裝足以配制250毫升的溶液。
② 在配制過程中，務(wù)必使用去離子水，以確保溶液的純凈度。為了去除水中的二氧化碳，應(yīng)將去離子水預(yù)先煮沸15至30分鐘。
③ 打開試劑的包裝，將試劑倒入一個燒杯中。
④ 使用適量的去離子水將試劑溶解，并確保將包裝袋內(nèi)的所有試劑都沖洗干凈，以避免浪費(fèi)。
⑤ 將溶解后的試劑溶液轉(zhuǎn)移到一個250毫升的容量瓶中。
⑥ 向容量瓶中添加去離子水，直至達(dá)到刻度線，即250毫升。
⑦ 蓋緊容量瓶，然后徹底搖勻，以確保溶液均勻。

為了確保pH緩沖溶液的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，以下是正確的保存和使用方法：
① 配制完成后，將緩沖溶液存放在玻璃或聚乙烯容器中。對于堿性pH緩沖溶液，如pH 9.18、pH10.01、pH 12.46等，建議使用聚乙烯容器。
② 確保容器的蓋子緊閉，以防止溶液受到外界環(huán)境的影響。
③ 將容器存放在冰箱中，保持溫度在5-10℃，以延長溶液的有效期，通?？纱娣偶s六個月。
④ 在使用前，如果發(fā)現(xiàn)溶液出現(xiàn)混濁、發(fā)霉或沉淀，應(yīng)立即停止使用。
⑤ 使用時，將適量的緩沖溶液從大容器轉(zhuǎn)移到幾個50毫升的聚乙烯小瓶中，以便分次使用。
⑥ 將小瓶放置在室溫下1-2小時，讓溶液溫度與環(huán)境溫度達(dá)到平衡，以確保測量的準(zhǔn)確性。
⑦ 使用后的溶液不應(yīng)倒回大容器中，以避免污染。
⑧ 在室溫高于10℃的條件下，小瓶中的緩沖溶液通?？墒褂?-3天。對于pH 7.00、pH 6.86、pH14.00這幾種溶液，使用時間可以稍長一些。
⑨ 注意，pH 9.18和pH 10.01溶液由于容易吸收空氣中的二氧化碳，其pH值可能會較快發(fā)生變化，因此在使用時應(yīng)更加注意其穩(wěn)定性。

pH緩沖溶液在多個方面發(fā)揮著重要作用，具體包括：
① 校準(zhǔn)pH計：在進(jìn)行pH值測量之前，使用緩沖溶液來標(biāo)定pH計，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
② 驗(yàn)證pH計的精確度：通過將pH計與已知pH值的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液（如pH4.01和pH 7.00）進(jìn)行比較，來檢驗(yàn)pH計的讀數(shù)是否準(zhǔn)確。例如，在使用pH計測量pH 7.00的溶液后，檢查顯示的pH值是否與標(biāo)準(zhǔn)溶液的pH值相匹配。
③ 評估pH計是否需要重新校準(zhǔn)：在常規(guī)測量中，pH計可能會因?yàn)槭褂没颦h(huán)境變化而出現(xiàn)漂移。在這種情況下，將pH電極插入與待測溶液pH值相近的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液中，根據(jù)測量誤差來決定是否需要重新進(jìn)行校準(zhǔn)。
④ 檢查pH電極的性能：使用緩沖溶液來評估pH電極的性能是否仍然符合要求，確保測量結(jié)果的可靠性。

在拿到一個新的pH計后，為什么需要對pH電極進(jìn)行浸泡處理？如何正確進(jìn)行浸泡？
① 浸泡的必要性：pH電極的核心部件是pH球泡，這是一種特殊的玻璃膜，表面覆蓋著一層凝膠。這層凝膠需要在濕潤的環(huán)境下才能與溶液中的氫離子有效互動。浸泡過程有助于降低電極的不對稱電勢，使其趨于穩(wěn)定，從而提高測量的準(zhǔn)確性。
② 浸泡液的選擇：pH玻璃電極通?？梢杂谜麴s水或pH 4.00緩沖溶液進(jìn)行浸泡。使用pH 4.00緩沖溶液效果更好。浸泡時間通常需要24小時或更長時間，具體取決于球泡玻璃膜的厚度和電極的老化程度。
③ 參比電極的浸泡：參比電極的液接界也需要浸泡，以防止干涸導(dǎo)致的電勢增大或不穩(wěn)定。參比電極的浸泡液應(yīng)與外參比溶液一致，即3.3mol/L KCl溶液或飽和KCl溶液。浸泡時間一般為幾小時。
④ pH復(fù)合電極的浸泡：對于pH復(fù)合電極，需要在含KCl的pH4.00緩沖液中浸泡，以同時對玻璃球泡和液接界起作用。
⑤ 注意事項(xiàng)：過去，人們習(xí)慣于使用去離子水或pH 4緩沖液浸泡單支pH玻璃電極。但在使用pH復(fù)合電極時，應(yīng)避免這種錯誤的浸泡方法，因?yàn)樗鼤?dǎo)致電極響應(yīng)變慢、精度降低。如果電極性能下降，可以在正確的浸泡溶液中重新浸泡數(shù)小時，以恢復(fù)性能。
⑥ 避免的錯誤：不要將pH電極長時間浸泡在中性或堿性緩沖溶液中，這會使pH玻璃膜響應(yīng)遲鈍。
⑦ 正確的浸泡液配制方法：取pH 4.00緩沖劑（250mL）一包，溶于250mL純水中。加入56克分析純KCl，適當(dāng)加熱并攪拌至完全溶解。

pH電極的分類：
pH復(fù)合電極分為可充式和非可充式兩種，它們在設(shè)計和使用上有一些顯著的區(qū)別，如下。
外殼材料：pH復(fù)合電極的外殼可以是塑料或玻璃材質(zhì)。
可充式pH復(fù)合電極：這種電極在外殼上設(shè)有一個加液孔，以便在外部參比溶液（KCl溶液）流失后，可以打開加液孔補(bǔ)充KCl溶液。其具有以下特點(diǎn)：參比溶液的滲透速度較快，液接界電位穩(wěn)定且可重現(xiàn)，從而提高了測量的精度；當(dāng)參比電極的溶液減少或受到污染時，可以補(bǔ)充或更換KCl溶液；使用時需要打開加液孔以增加液體壓力，加快電極的響應(yīng)速度；當(dāng)電解液液面低于加液孔2厘米時，需要及時補(bǔ)充新的電解液；缺點(diǎn)是使用起來相對麻煩一些。
非可充式pH復(fù)合電極：這種電極內(nèi)部裝有凝膠狀的KCl，不易流失，且沒有設(shè)置加液孔。其具有以下特點(diǎn)：維護(hù)簡單，使用方便，因此被廣泛采用；在長期和連續(xù)使用的情況下，液接界處的KCl濃度可能會減少，從而影響測試精度；非使用期間，建議將電極浸泡在專用的浸泡液中，以保持電極性能；對于不經(jīng)常進(jìn)行長期連續(xù)測試的實(shí)驗(yàn)室pH電極，這種結(jié)構(gòu)對精度的影響較小；工業(yè)應(yīng)用中，由于對測試精度的要求相對較低，使用方便性成為選擇的主要考慮因素。

為了確保pH復(fù)合電極的準(zhǔn)確性和延長其使用壽命，以下是正確的使用指南：
① 排除氣泡：確保電極的球泡前端沒有氣泡。如果存在氣泡，應(yīng)通過甩動電極來排除。
② 清潔球泡：從浸泡液中取出電極后，應(yīng)在去離子水中輕輕晃動并甩干，避免使用紙巾擦拭球泡。紙巾可能會因靜電感應(yīng)而在玻璃膜上留下電荷，這會延長電勢穩(wěn)定的時間。建議使用待測溶液沖洗電極。
③ 加速響應(yīng)：將電極插入待測溶液后，輕輕攪拌并晃動幾下，然后靜置。這有助于加快電極的響應(yīng)速度。對于塑料外殼的pH復(fù)合電極，攪拌和晃動的力度應(yīng)更大一些，以確保排除球泡和塑殼之間可能形成的氣泡。
④ 清洗電極：在粘稠性樣品測試后，使用去離子水多次沖洗電極，以清除粘附在玻璃膜上的殘留物。在某些情況下，可能需要先用其他溶劑清洗，然后再用水沖洗，并在浸泡液中活化。
⑤ 避免腐蝕性物質(zhì)：避免電極接觸強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或腐蝕性溶液。如果必須測試這類溶液，應(yīng)盡量減少電極的浸入時間，并在使用后徹底清洗。
⑥ 避免脫水性介質(zhì)：不要在無水乙醇、濃硫酸等脫水性介質(zhì)中使用電極，因?yàn)檫@些物質(zhì)可能會損壞球泡表面的水合凝膠層。
⑦ 注意外殼材料：塑料外殼的pH復(fù)合電極（通常由聚碳酸酯塑料PC制成）在某些溶劑中可能會溶解，如四氯化碳、三氯乙烯、四氫呋喃等。如果測試樣品中含有這些溶劑，可能會溶解電極外殼。在這種情況下，應(yīng)選擇玻璃外殼的pH復(fù)合電極。

為了維護(hù)pH電極的性能，當(dāng)球泡和液接界受到污染時，應(yīng)采取以下步驟進(jìn)行清洗：
① 識別污染物：常見的污染物包括無機(jī)金屬氧化物、有機(jī)油脂、樹脂和高分子物質(zhì)、蛋白質(zhì)和血球沉淀物、顏料等。
② 選擇合適的清洗劑：根據(jù)污染物的類型，可以選擇以下清洗劑：稀酸（濃度低于1 mol/L）、弱酸性洗滌劑、稀酒精、丙酮、乙醚、酸性酶溶液（例如食母生片）、稀漂白液、過氧化氫?！?br /> ③ 清洗步驟：使用選定的清洗劑清洗電極，以去除污染物，清洗后，用去離子水徹底沖洗電極，以清除殘留的清洗劑。
④ 活化電極：將清洗干凈的電極浸入專用的浸泡液中，以活化電極并恢復(fù)其性能。
⑤ 注意事項(xiàng)：在選擇清洗劑時，應(yīng)考慮其對電極材料的兼容性，避免使用可能損壞電極的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿；清洗過程中，應(yīng)輕柔操作，避免對電極造成物理損傷。

當(dāng)pH復(fù)合電極出現(xiàn)性能下降，如敏感度降低、響應(yīng)速度變慢或讀數(shù)重復(fù)性不佳時，可能是由于以下原因造成的，用戶可以通過以下方法嘗試修復(fù)：
① 球泡和液接界污染：使用細(xì)毛刷、棉簽或牙簽等工具，仔細(xì)清除球泡和液接界上的污物；對于一些可拆卸保護(hù)罩的塑殼電極，旋下保護(hù)罩后進(jìn)行清洗會更加方便；若污染嚴(yán)重，可以按照清洗指南使用適當(dāng)?shù)那鍧崉┻M(jìn)行清洗。
② 外參比溶液污染：對于可補(bǔ)充溶液的電極，使用注射器將電極內(nèi)的外參比溶液抽出，然后配制新的3.3mol/L或飽和KCl溶液加入；在首次和第二次添加新溶液后，應(yīng)再次抽出，以確保電極內(nèi)腔被徹底清洗干凈。
③ 玻璃敏感膜老化：將電極球泡浸泡在0.1mol/L的稀鹽酸中（將9mL鹽酸用純水稀釋至100mL），浸泡24小時后用純水沖洗干凈。接著，將電極浸泡在專用的浸泡液中24小時，以幫助恢復(fù)其性能。對于嚴(yán)重鈍化的電極，可以將電極下端短時間（3-5秒）浸泡在稀釋的氫氟酸溶液中（將4mL氫氟酸用純水稀釋至100mL），然后用純水沖洗干凈。最后，將電極在浸泡液中浸泡24小時，以進(jìn)一步恢復(fù)其性能。
在進(jìn)行上述操作時，應(yīng)謹(jǐn)慎處理，避免對電極造成進(jìn)一步的損害。如果修復(fù)嘗試無效，可能需要考慮更換新的電極。為了確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要定期校準(zhǔn)pH計，以補(bǔ)償由于使用、溫度變化、電極老化等因素引起的測量誤差。常用的校準(zhǔn)方式有一點(diǎn)校準(zhǔn)和兩點(diǎn)校準(zhǔn)。

為了確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要定期校準(zhǔn)pH計，以補(bǔ)償由于使用、溫度變化、電極老化等因素引起的測量誤差。常用的校準(zhǔn)方式有一點(diǎn)校準(zhǔn)和兩點(diǎn)校準(zhǔn)。

pH計的一點(diǎn)校準(zhǔn)是一種簡單的校準(zhǔn)方法，適用于需要精確到0.1pH單位以下的測量。以下是一點(diǎn)校準(zhǔn)的步驟：
① 溫度補(bǔ)償：首先，測量標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的溫度，并根據(jù)溫度-pH值對照表調(diào)整pH計的溫度補(bǔ)償旋鈕至相應(yīng)的溫度值。
② 清潔電極：使用純水沖洗pH電極，并甩干以去除水分。
③ 校準(zhǔn)過程：將電極浸入選定的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液中，輕輕晃動后靜置，直到讀數(shù)穩(wěn)定。調(diào)整pH計的定位旋鈕，確保儀器顯示的pH值與標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的實(shí)際pH值相匹配。
④ 準(zhǔn)備測量樣品：取出電極，再次用純水沖洗干凈并甩干。
⑤ 樣品溫度調(diào)整：測量樣品溶液的溫度，并調(diào)整pH計的溫度補(bǔ)償旋鈕至樣品溶液的溫度。
⑥ 測量樣品：將清潔后的電極浸入樣品溶液中，輕輕晃動后靜置，等待讀數(shù)穩(wěn)定，然后記錄pH值。
一點(diǎn)校準(zhǔn)方法適用于那些精度要求不是特別高的情況，它通過使用一個標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液來調(diào)整pH計，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果需要更高精度的測量，可能需要采用兩點(diǎn)或多點(diǎn)校準(zhǔn)方法。

pH計的兩點(diǎn)校準(zhǔn)是一種用于提高pH計測量精度的方法，尤其適用于需要高精度測量的場合。以下是進(jìn)行兩點(diǎn)校準(zhǔn)的步驟：
① 初步準(zhǔn)備：清洗pH電極并甩干，然后將其浸入pH 6.86或pH 7.00的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液中，將溫度補(bǔ)償旋鈕調(diào)整至溶液的實(shí)際溫度。
② 定位校準(zhǔn)：等待pH計的讀數(shù)穩(wěn)定后，調(diào)整定位旋鈕，確保儀器顯示的pH值與所使用的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的pH值一致。
③ 斜率校正：清洗電極并再次甩干，然后將電極浸入第二種標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液中，這可以是pH 4.00（用于酸性條件）或pH 9.18或pH 10.01（用于堿性條件），當(dāng)讀數(shù)穩(wěn)定后，調(diào)整儀器的斜率旋鈕，使儀器的顯示值與第二種標(biāo)準(zhǔn)溶液的pH值相匹配。
④ 驗(yàn)證校準(zhǔn)：再次清洗電極并甩干，然后重新浸入最初的pH6.86或pH 7.00標(biāo)準(zhǔn)溶液中，如果讀數(shù)的誤差超過0.02pH，需要重復(fù)步驟1和2，直到在兩種標(biāo)準(zhǔn)溶液中都能自動顯示正確的pH值，無需進(jìn)一步調(diào)整。
⑤ 測量樣品：清洗電極并甩干，將pH計的溫度補(bǔ)償旋鈕調(diào)整至樣品溶液的溫度，將電極浸入樣品溶液中，輕輕晃動后靜置，等待讀數(shù)穩(wěn)定，然后記錄pH值。
通過兩點(diǎn)校準(zhǔn)，pH計能夠更準(zhǔn)確地測量樣品的pH值，這對于科研、環(huán)境監(jiān)測和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的高精度要求至關(guān)重要。

溫度對pH值的精確測量具有顯著影響。對于pH電極，溫度變化對pH值的影響大約是每攝氏度0.003個pH單位。以一個例子來說明：假設(shè)使用一個精度為0.2級的pH計，在30℃的條件下對pH緩沖液進(jìn)行校準(zhǔn)，隨后用于測量60℃的溶液（假設(shè)溶液的pH值在6至8的范圍內(nèi)，與pH 7.00相差一個pH單位），那么由于溫度變化引起的最大誤差可能達(dá)到到 30×0.003= 0.0930×0.003  = 0.09 pH單位。如果pH值的變化范圍是3個pH單位（在pH 4至10的范圍內(nèi)），則最大誤差可能為 0.270.27 pH單位。由此可見，溫度對pH測量的影響不容忽視。

為了降低溫度變化對pH測量結(jié)果的誤差，應(yīng)考慮以下建議：
① 選擇接近被測溶液pH值的緩沖溶液進(jìn)行校準(zhǔn)：這樣可以確保校準(zhǔn)過程與實(shí)際測量條件更為接近。
② 確保校準(zhǔn)溶液的溫度與被測溶液的溫度一致或接近：溫度的一致性有助于減少因溫度差異引起的測量誤差。
③ 使用具有溫度補(bǔ)償功能的pH計：高精度pH計（精度高于0.1pH）通常配備有溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)功能。而0.2級pH計通常不包含溫度補(bǔ)償功能。
值得注意的是，有些0.2級pH計雖然聲稱具有0.1級的精度，但實(shí)際上這是不可能的，因?yàn)樗鼈儧]有溫度補(bǔ)償功能。即使是在pH值相差一個單位的情況下，60℃的溫度差異也可能導(dǎo)致高達(dá)0.18pH的誤差。因此，沒有溫度補(bǔ)償?shù)膒H計，其最高精度通常只能達(dá)到0.2pH。

溫度補(bǔ)償功能在pH計中用于減少溫度變化對測量結(jié)果的影響，但它并不能完全消除所有由溫度引起的誤差。以下是一些關(guān)鍵點(diǎn)：
① 溫度補(bǔ)償?shù)木窒扌裕?/span>pH計中的溫度補(bǔ)償主要針對電極的斜率項(xiàng)（2.303RT/F）進(jìn)行調(diào)整，這是pH測量中溫度影響的一個主要因素，然而，溫度還會影響玻璃電極的標(biāo)準(zhǔn)電勢和液接界電勢等其他參數(shù)，這些參數(shù)與溫度的關(guān)系并不總是嚴(yán)格的線性關(guān)系。
② 溫度平衡時間：pH電極需要一定的時間來適應(yīng)新的溫度環(huán)境并達(dá)到平衡。在這段時間內(nèi)，測量結(jié)果可能會受到溫度變化的影響。
③ 手動與自動溫度補(bǔ)償：無論是手動還是自動溫度補(bǔ)償，都無法完全補(bǔ)償所有溫度引起的誤差。這些補(bǔ)償方法只能減少部分誤差，但無法完全消除。
④ 等溫測量原理：為了獲得最精確的測量結(jié)果，根據(jù)pH測量的操作定義，樣品溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液應(yīng)在相同且恒定的溫度下進(jìn)行測量。這就是所謂的等溫測量原理。
⑤ 一般精度要求的測量：對于不需要極高精度的pH測量，如果樣品溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液的溫度不同，可以使用溫度補(bǔ)償功能來減少誤差?？傊?，雖然溫度補(bǔ)償功能有助于減少溫度對pH測量的影響，但它并不能完全消除所有誤差。在高精度要求的測量中，應(yīng)盡可能采用等溫測量方法，確保樣品和標(biāo)準(zhǔn)溶液在相同溫度下進(jìn)行測量。

要驗(yàn)證pH計的準(zhǔn)確性，用戶不應(yīng)依賴主觀經(jīng)驗(yàn)或非標(biāo)準(zhǔn)化的方法，而應(yīng)采用科學(xué)且標(biāo)準(zhǔn)化的檢測手段。以下是如何確定pH計準(zhǔn)確性的步驟：
① 選擇標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液：準(zhǔn)備三個不同pH值的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液，推薦使用pH 6.86、pH 4.00、pH9.18，確保這些溶液是新配制的且溫度一致。
② 進(jìn)行定位校準(zhǔn)：使用pH 6.86的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液進(jìn)行初步校準(zhǔn)，也稱為定位校準(zhǔn)。
③ 進(jìn)行斜率校準(zhǔn)：接著使用pH 4.00的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液進(jìn)行斜率校準(zhǔn)，這一步驟有助于調(diào)整pH計的響應(yīng)斜率。
④ 最終測試：使用pH 9.18的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液進(jìn)行測試，這一步將驗(yàn)證pH計在不同pH值范圍內(nèi)的準(zhǔn)確性。
⑤ 評估結(jié)果：通過比較pH計顯示的值與標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的實(shí)際pH值，可以判斷pH計的準(zhǔn)確性。如果讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值一致或非常接近，則說明pH計是準(zhǔn)確的。

文章來源：環(huán)凱轉(zhuǎn)載于“ 玉珠隆生物”公眾號，作者~Uselong Biotech。
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