如何校准pH计：操作步骤和注意事项

pH计又称作pH酸度计或者酸度计。是用来测定溶液pH的一种仪器,利用溶液的电化学性质测量氢离子浓度,以确定溶液酸碱度的传感器。

(一)pH计原理

pH计是利用化学上的原电池的原理工作的。电位分析法所用的电极被称为原电池。原电池是一个系统,它的作用是使化学反应能量转成为电能。此电池的电压被称为电动势(EMF)。此电动势(EMF)由二个半电池构成,其中一个半电池称作测量电极,它的电位与特定的离子活度有关,如H+;另一个半电池为参比半电池,通常称作参比电极,它一般是测量溶液相通,并且与测量仪表相连。原电池的两个电极间的电动势不仅与电极的自身属性有关,还与溶液里的氢离子的浓度有关。氢离子浓度的对数的负值称为pH值。通常pH值为0～14。25℃中性水的pH值为7,pH值小于7的溶液为酸性,pH值大于7为碱性。温度对水的电离系数有较大影响,引起pH值的中性点随温度而改变。而pH计进行pH值测量的原理就是利用电位分析法,建立离子活度与电动势之间的关系,通过测量原电池的电流进行pH值的测量。

(二)pH计基本组成

图2-6　玻璃电极构造示意图

pH计由三个部件构成：(1)一个参比电极;(2)一个玻璃电极(如图2-6),其电位取决于周围溶液的pH;(3)一个电流计,该电流计能在电阻极大的电路中测量出微小的电位差。由于采用最新的电极设计和固体电路技术,现在最好的pH可分辨出0.005 pH单位。参比电极的基本功能是维持一个恒定的电位,作为测量各种偏离电位的对照。银-氧化银电极是目前pH中最常用的参比电极。玻璃电极的功能是建立一个对所测量溶液的氢离子活度发生变化做出反应的电位差。把对pH敏感的电极和参比电极放在同一溶液中,就组成一个原电池,该电池的电位是玻璃电极和参比电极电位的代数和。E电池=E参比+E玻璃,如果温度恒定,这个电池的电位随待测溶液的pH变化而变化,而测量酸度计中的电池产生的电位是困难的,因其电动势非常小,且电路的阻抗又非常大(1～100 MΩ),因此,必须把信号放大,使其足以推动标准毫伏表或毫安表。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,pH电流表的表盘刻有相应的pH数值,而数字式pH计则直接以数字显出pH值。

(三)pH计分类

1.按测量精度上可分0.2级、0.1级、0.01级或更高精度。

2.按仪器体积上分有笔式(迷你型)、便携式、台式,还有在线连续监控测量的在线式。

3.根据使用的要求：笔式(迷你型)与便携式pH计,一般是检测人员带到现场检测使用,如图2-7。

图2-7　笔式(左)与便携式PH计(右)图

4.pH计根据用途分为实验室用pH计,工业在线pH计,因此pH计广泛应用于环保、污水处理、科研、制药等实验室工作中溶液pH的精密测量。

(四)pH计使用与保养电极

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、医学检验数据的可靠性,因此应当正确使用与保养电极。

目前实验室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。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。电极的使用与维护应注意以下几点：

1.复合电极不用时,可充分浸泡3 M氯化钾溶液中。切忌用洗涤液或其他吸水性试剂浸洗。

2.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。

3.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。

4.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。

5.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。

6.电极不能用于强酸、强碱或其他腐蚀性溶液。

7.严禁在脱水性介质如无水乙醇、重铬酸钾等中使用。

(五)pH计的校准

校准是pH计使用操作中的重要步骤。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pH 7标准缓冲液,第二种是pH 9标准缓冲液或pH 4标准缓冲液。先用pH 7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pH 4标准缓冲液;如果待测溶液呈碱性,则选用pH 9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。

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,见表2-6：

表2-6　不同的温度标准缓冲溶液的pH值

校准工作结束后,对使用频繁的pH计一般在48 h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：

1.溶液温度与定标温度有较大的差异时。

2.电极在空气中暴露过久,如半小时以上时。

3.定位或斜率调节器被误动。

(六)标准缓冲液的配制及其保存

1.pH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。

2.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。

3.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他容器,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。

4.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。

5.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。(www.xing528.com)

(七)pH计的选购

1.了解pH计的类型

pH计根据应用场合分类可分为笔式pH计、便携式pH计、实验室pH计和工业pH计等。　用户在选购pH计时,首先应考虑应用场合,是要选便携式的pH计还是要买台式pH计还是要选在线式的pH计、是实验室用还是工业在线用,这些基本的测量要求是我们在进行pH计选型前首先要考虑的问题。

笔式pH计是使用最方便的pH计之一,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量方式,具有较高的精度。实验室pH计是一种台式高精度分析仪表,具有精度高、功能全的特点,还包括了打印输出、数据处理等功能。工业pH计运用得更广泛,可用于工业流程的连续测量,不仅可以显示测量数据,还有报警和控制功能,具有隔离良好、防污染等重要功能,是众多工业企业测量和控制pH/ORP领域的理想仪表。

2.了解pH计的功能

测量pH值的范围是多少?测量pH的精度如何?分辨率怎么样?对操作环境有什么要求?这些参数是非常重要的,基本决定所选型的pH计是否能够有效地完成检测任务。pH计除了了解其测量范围、精度和分辨率等基本参数要求外,还需要了解熟悉其附带的一些功能,如是否标配RS232接口,是否带报警功能,温度补偿是自动还是手动等,这些功能在实际使用时也是非常重要的,在选购时需要多了解多比较。

3.了解pH计的软硬件要求

软件要求主要说的是功能,如自动温度补偿、手动终点、自动终点、电极和电池状态显示功能等。pH计的硬件要求主要有：外壳材质是否环保安全,是否有232通信接口,显示屏大小,显示屏是否带背光功能指示等。

pH计为实验室工作中溶液pH值的精密测量提供了极大的方便,已广泛应用于环保、污水处理、科研、制药等实验室工作中。在食品微生物实验室多用于试剂配制过程中pH值的调整。目前pH计进口品牌诸如德国Wiggens、美国OHOUS、美国热电Thermo Orion、德国Sartorius等;国内pH计品牌如雷磁、佑科、般特、上海创发科技、成都锐新等。

(八)pH计标准操作程序

1.产品厂家及型号

厂家：成都锐新,型号：PHB-3笔式pH计。

2.产品特点

2.1　是经济型pH测试笔,符合常规使用要求。

2.2　自动校正,无温度补偿,防水。

2.3　低电压报警显示。

2.4 10 min自动关机。

2.5　可更换电极,配置校准溶液。

2.6　IP57防水等级。

3.主要参数

3.1　测量范围：0～14.0　pH。

3.2　分辨率：0.1　pH。

3.3　精确度：±0.1　pH。

3.4　自动校准：1点校准(pH 7.00　)。

3.5　电源：AAA电池2节,可连续使用100 h以上。3.6　尺寸和重量：39×25×176 mm/95 g。

3.7　防水等级：IP 57。

3.8　pH测量范围：0～14.0　。

3.9　温度补偿：无。

4.使用方法

4.1　校正：用纯水清洗电极并甩干,将电极插入pH 7.00　缓冲溶液中,搅动后静止放置,等显示值稳定后,按住按键约2 s后放开,显示闪烁的“7.0　”pH,几秒钟后校准完成。

4.2　测试：用纯水清洗电极并甩干,将电极浸入测试溶液中,搅动后静止放置,待显示值稳定后读数。

4.3　使用后用纯水清洗电极并擦干,套上电极帽。

5.注意事项

5.1　仪器校准后可持续使用1～2周或更长时间。

5.2　请注意保持电极帽内储水海绵的湿润,可滴加适量纯水(不能有水流出),以保持电极球泡的活化状态。

5.3　为保证仪器校准的可靠性,pH缓冲溶液要可靠,多次使用后要及时更换。

5.4　仪器长时间使用后,电极头会沾污,请注意清洗保养。方法是：用小号油画笔蘸肥皂水洗刷球泡及周边部位至干净,再用纯水清洗,放置数小时后重新校正即可。

5.5　pH电极使用周期一年左右,当仪器精度和响应速度不符合您的使用要求时,请更换新电极。方法是：将仪器上的电极逆时针旋转7～8圈再缓慢抽出;将新电极缓慢插入后顺时针旋紧为止。

注意：　抽出和插入电极时动作要小心缓慢;另外,电极头部有一段8 mm长的螺纹,抽出电极经过这段螺纹时,要一边逆时针旋转一边抽出,插入电极经过这段螺纹时,要一边顺时针旋转一边插入;防止硅胶圈脱落。电极型号为201-G型pH复合电极。5.6仪器无按键操作,10 min后自动关闭。