本文講述了 PH 計(jì)的定義、 PH 測(cè)量 原理及各種測(cè)量方法； PH 酸堿度計(jì)的大致分類。主要是針對(duì)目前市場(chǎng)使用較多的 PH 酸堿度計(jì)、傳感器原理進(jìn)行分析，對(duì) PH 酸堿度計(jì)分類進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

　　　隨著人民生活水平的提高， PH 酸堿度計(jì)逐步進(jìn)入了我們的生活，與我們的生活息息相關(guān)，廣泛應(yīng)用在環(huán)保、食品、化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域。

PH 酸堿度計(jì)的定義、原理與測(cè)量方法

什么是 PH ？ PH 是拉丁文“ Pondus hydrogenii ”一詞的縮寫（ Pondus= 壓強(qiáng)、壓力 hydrogenium= 氫），用來(lái)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(xué)上是中性的，但不是沒(méi)有離子，即使化學(xué)純水也有微量被離解：嚴(yán)格地講，只有在與水分子水合作用以前，氫核不是以自由態(tài)存在。

H2O+ H2O=H 3 O + + OH ˉ

　　　由于水全氫離子（ H3O ）的濃度事與氫離子（ H ）濃度等同看待，上式可以簡(jiǎn)化成下述常用的形式：

H2O=H + + OH ˉ

　　　此處正的氫離子人們?cè)诨瘜W(xué)中表示為“ H + 離子”或“氫核”。水合氫核表示為“水合氫離子”。負(fù)的氫氧根離子稱為“氫氧化物離子”。

利用質(zhì)量作用定律，對(duì)于純水的離解可以找到一平衡常數(shù)加以表示：

由于水只有極少量被離解，因此水的克分子濃度實(shí)際為一常數(shù)，并且有平衡常數(shù) K 可求出水的離子積 K W 。

K W =K × H 2 O K W = H 3 O + ·ＯＨ － =10 － 7 · 10 － 7 =10mol / l（25 ℃ ）

　　　也就是說(shuō)對(duì)于一升純水在 25 ℃時(shí)存在 10 － 7 摩爾 H 3 O + 離子和 10 － 7 摩爾 OH ˉ離子。在中性溶液中，氫離子 H + 和氫氧根離子 OH ˉ的濃度都是 10 － 7 mol/l 。如：

　　　假如有過(guò)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，如果氫離子 H + 并使 OH ˉ離子游離，那末溶液就是堿性的。所以，給出 CH + 值就足以表示溶液的特性，呈酸性堿性，為了免于用此克分子濃度負(fù)冥指數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，生物學(xué)家澤倫森（ Soernsen ）在 1909 年建議將此不便使用的數(shù)值用對(duì)數(shù)代替，并定義為“ pH 值”。數(shù)學(xué)上定義 pH 值為氫離子濃度的常用對(duì)數(shù)負(fù)值。因此， PH 值是離子濃度以 10 為底的對(duì)數(shù)的負(fù)數(shù)：

　　　改變 50m 3 的水的 pH 值，從 pH2 到 pH3 需要 500L 漂白劑。然而，從 pH6 到 pH7 只需要 50L 的漂白劑。

　　　測(cè)量 PH 值的方法很多，主要有化學(xué)分析法、試紙法、電位法?，F(xiàn)主要介紹電位法測(cè)得 PH 值。

　　　電位分析法所用的電極被稱為原電池。原電池是一個(gè)系統(tǒng)，它的作用是使化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)成為電能。此電池的電壓被稱為電動(dòng)勢(shì)（ EMF ）。此電動(dòng)勢(shì)（ EMF ）由二個(gè)半電池構(gòu)成，其中一個(gè)半電池稱作測(cè)量電極，它的電位與特定的離子活度有關(guān)，如 H + ；另一個(gè)半電池為參比半電池，通常稱作參比電極，它一般是測(cè)量溶液相通，并且與測(cè)量?jī)x表相連。

　　　例如，一支電極由一根插在含有銀離子的鹽溶液中的一根銀導(dǎo)線制成，在導(dǎo)線和溶液的界面處，由于金屬和鹽溶液二種物相中銀離子的不同活度，形成離子的充電過(guò)程，并形成一定的電位差。失去電子的銀離子進(jìn)溶液。當(dāng)沒(méi)有施加外電流進(jìn)行反充電，也就是說(shuō)沒(méi)有電流的話，這一過(guò)程zui終會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡。在這種平衡狀態(tài)下存在的電壓被稱為半電池電位或電極電位。這種（如上所述）由金屬和含有此金屬離子的溶液組成的電極被稱為*類電極。

　　　此電位的測(cè)量是相對(duì)一個(gè)電位與鹽溶液的成分無(wú)關(guān)的參比電極進(jìn)行的。這種具有獨(dú)立電位的參比電極也被稱為第二電極。對(duì)于此類電極，金屬導(dǎo)線都是覆蓋一層此種金屬的微溶性鹽（如： Ag/AgCL ），并且插入含有此種金屬鹽限離子的電解質(zhì)溶液中。此時(shí)半電池電位或電極電位的大小取決于此種陰離子的活度。

此二種電極之間的電壓遵循能斯特（ NERNST ）公式：

式中： E —電位

E0 —電極的標(biāo)準(zhǔn)電壓

R —氣體常數(shù)（ 8.31439 焦耳 / 摩爾和℃）

T —開氏溫度（例： 20 ℃ =273+293 開爾文）

F —法拉弟常數(shù)（ 96493 庫(kù)化 / 當(dāng)量）

n —被測(cè)離子的化合價(jià)（銀 =1 ，氫 =1 ）

aMe— 離子的活度

　　　標(biāo)準(zhǔn)氫電極是所有電位測(cè)量的參比點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)氫電極是一根鉑絲，用電解的方法鍍（涂覆）上氯化鉑，并且在四周充入氫氣（固定壓力為 1013hpa ）構(gòu)成的。

　　　將此電極浸入在 25 ℃時(shí) H 3 O + 離子含量為 1mol/l 溶液中便形成電化學(xué)中所有電位測(cè)量所參照的半電池電位或電極電位。其中氫電極做為參比電極在實(shí)踐中很難實(shí)現(xiàn)，于是使用第二類電極做為參比電極。其中zui常用的便是銀 / 氯化銀電極。該電極通過(guò)溶解的 AgCl 對(duì)于氯離子濃度的變化起反應(yīng)。

　　　此參比電極的電極電位通過(guò)飽和的 kcl 貯池（如： 3mol/l kcl ）來(lái)實(shí)現(xiàn)恒定。液體或凝膠形式的電解質(zhì)溶液通過(guò)隔膜與被測(cè)溶液相連通。

　　　利用上述的電極組合—銀電極和 Ag/AgCl 參比電極可以測(cè)量膠片沖洗液中的銀離子含量。也可以將銀電極換成鉑或金電極進(jìn)行氧化還原電位的測(cè)量。例如：某種金屬離子的氧化階段。

E=59 . 16mv/25 ℃ per pH

 

　　　　式中 R 和 F 為常數(shù)， n 為化合價(jià)，每種離子都有其固定的值。對(duì)于氫離子來(lái)講 n=1 。溫度“ T ”做為變量，在能斯特公式中起很大作用。隨著溫度的上升，電位值將隨之增大。

　　　對(duì)于每 1 ℃的溫度變大，將引起電位 0.2mv/per pH 變化。用 pH 值來(lái)表示則每 1 ℃第 1pH 變化 0.0033pH 值。

　　　這也就是說(shuō)：對(duì)于 20 ～ 30 ℃之間和 7pH 左右的測(cè)量不需要對(duì)溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償；而對(duì)于溫度＞ 30 ℃或＜ 20 ℃和 pH 值＞ 8pH 或 6pH 的應(yīng)用場(chǎng)合則必須對(duì)溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。