PH計
PH計是一種常用的儀器設備，主要用來精密測量液體介質的酸堿度值，配上相應的離子選擇電極也可以測量離子電極電位MV值，人們根據生產與生活的需要，科學地研究生產瞭許多型號的酸度計,按測量精度：可分0.2級、0.1級、0.01級或更高精度。按儀器體積：分為筆式、迷你型、便攜式、臺式還有在線連續監控測量的在線式。便攜式pH酸堿度計一般是檢測人員帶到現場檢測使用。PH計/酸度計廣泛用於凈水、自來水、生活用水及各種液體的酸堿度測試。
01
PH計的概念
pH計，是指用來測定溶液酸堿度值的儀器。pH計是利用原電池的原理工作的，原電池的兩個電極間的電動勢依據能斯特定律，既與電極的自身屬性有關，還與溶液裡的氫離子濃度有關。原電池的電動勢和氫離子濃度之間存在對應關系，氫離子濃度的負對數即為pH值。pH計是一種常見的分析儀器，廣泛應用在農業、環保和工業等領域。土壤pH值是土壤重要的基本性質之一。在pH測定過程中應考慮待測溶液溫度及離子強度等因素。
02
PH計測量原理
什麼是pH?pH是拉丁文“Pondus hydrogenii”一詞的縮寫(Pondus=壓強、壓力hydrogenium=氫)，用來量度物質中氫離子的活性。這一活性直接關系到水溶液的酸性、中性和堿性。水在化學上是中性的，但不是沒有離子，即使化學純水也有微量被離解：嚴格地講，在與水分子水合作用以前，氫核不是以自由態存在。 H2O+ H2O=H3O+ + OHˉ，由於水合氫離子(H3O+)的濃度是與氫離子(H+)濃度等同看待，上式可以簡化成下述常用的形式：
H2O=H+ + OHˉ
此處正的氫離子，人們在化學中表示為“H+離子”或“氫核”。水合氫核表示為“水合氫離子”。負的氫氧根離子稱為“氫氧化物離子”。
利用質量作用定律，對於純水的離解可以找到一平衡常數加以表示：
K=H3O+×OH-————H2O
由於水隻有極少量被離解，因此水的質量摩爾濃度實際為一常數，並且有平衡常數K可求出水的離子積KW。
KW=K×H2O KW= H3O+·OH-=10-7·10-7=10-14mol/l(25℃)
也就是說對於一升純水在25℃時存在10-7摩爾H3O+離子和10-7摩爾OHˉ離子。在中性溶液中，氫離子H+和氫氧根離子OHˉ的濃度都是10-7mol/l。如：假如有過量的氫離子H+，則溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氫離子H+遊離的物質。同樣，如果使OHˉ離子遊離，那麼溶液就是堿性的。所以，給出H+值就足以表示溶液的特性，呈酸性還是堿性，為瞭免於用此分子濃度負冥指數進行運算，生物學傢澤倫森(Soernsen)在1909年建議將此不便使用的數值用對數代替，並定義為“pH值”。
數學上定義pH值為氫離子濃度的常用對數負值。即pH=-log[H+]。因此，pH值是離子濃度以10為底的對數的負數：改變50m3的水的pH值，從pH2到pH3需要500L漂白劑。然而，從pH6到pH7隻需要50L的漂白劑。
測量pH值的方法很多，主要有化學分析法、試紙法、電位法。
現主要介紹電位法測得pH值。電位分析法所用的電極被稱為原電池。原電池是一個系統，它的作用是使化學反應能量轉成為電能。此電池的電壓被稱為電動勢(EMF)。此電動勢(EMF)由二個半電池構成，其中一個半電池稱作指示電極，它的電位與特定的離子活度有關，如H+;另一個半電池為參比半電池，通常稱作參比電極，它一般是測量溶液相通，並且與測量儀表相連。
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線制成，在導線和溶液的界面處，由於金屬和鹽溶液二種物相中銀離子的不同活度，形成離子的充電過程，並形成一定的電位差。失去電子的銀離子進溶液。當沒有施加外電流進行反充電，也就是說沒有電流的話，這一過程Z終會達到一個平衡。在這種平衡狀態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diyi類電極。
此電位的測量是相對一個電位與鹽溶液的成分無關的參比電極進行的。這種具有獨立電位的參比電極也被稱為第二電極。對於此類電極，金屬導線都是覆蓋一層此種金屬的微溶性鹽(如：Ag/Agcl)，並且插入含有此種金屬鹽陰離子的電解質溶液中。此時半電池電位或電極電位的大小取決於此種陰離子的活度。此二種電極之間的電壓遵循能斯特(NERNST)公式：
能斯特公式式中：
E—電位E0—電極的標準電壓
R—氣體常數(8.31439焦耳/摩爾和℃)
T—開氏溫度(例：20℃相當於(273.15+20)293.15開爾文)
F—法拉第常數(96493庫化/當量)
n—被測離子的化合價(銀=1，氫=1)
ln(aMe)—離子活度aMe的對數標準氫電極是所有電位測量的參比點。
標準氫電極是一根鉑絲，用電解的方法鍍(塗覆)上氯化鉑，並且在四周充入氫氣(固定壓力為1013hpa)構成的。將此電極浸入在25℃時H3O+離子含量為1mol/l溶液中便形成電化學中所有電位測量所參照的半電池電位或電極電位。其中氫電極作為參比電極在實踐中很難實現，於是使用第二類電極做為參比電極。其中Z常用的便是銀/氯化銀電極。該電極通過溶解的AgCl對於氯離子濃度的變化起反應。
此參比電極的電極電位通過飽和的kcl貯池(如：3mol/l kcl)來實現恒定。液體或凝膠形式的電解質溶液通過隔膜與被測溶液相連通。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行氧化還原電位的測量。例如：某種金屬離子的氧化階段。Z常用的pH指示電極是玻璃電極。它是一支端部吹成泡狀的對於pH敏感的玻璃膜的玻璃。管內充填有含飽和AgCl的3mol/l kcl緩沖溶液，pH值為7。存在於玻璃膜二面的反映pH值的電位差用Ag/AgCl傳導系統，如第二電極，導出。pH復合電極和pH固態電極，此電位差遵循能斯特公式：
能斯特公式將E0、R、T(298.15K即25℃)等數值代入上式既得：E=59.16mv/25℃ per pH (式中已將ln(H3O+)轉化為pH)式中R和F為常數，n為化合價，每種離子都有其固定的值。對於氫離子來講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。對於每1℃的溫度變大，將引起電位0.2mv/per pH變化。用pH值來表示則每1℃第1pH變化0.0033pH值。這也就是說：對於20～30℃之間和7pH左右的測量不需要對溫度變化進行補償;而對於溫度>30℃或<20℃和ph值>8或6的應用場合則必須對溫度變化進行補償。工業pH計，是一種常用的工業儀器設備，主要用來精密測量液體介質的酸堿度值。以及安裝、清洗、抗幹擾等等問題的考慮。
03
酸度計的級別和儀器的準確度：
酸度計的級別和儀器的準確度是不同的兩個概念，儀器級別與其準確度並不完全一致。酸度計的級別是按其指示器(簡稱電計)的分度值(分辨率或Z小顯示值)表示的，例如：分度為0.1pH的儀器稱為0.1級儀器;Z小顯示值為0.001pH的儀器稱為0.001級儀器，等等。而儀器的準確度是電計與電極配套測試標準溶液的綜合誤差，它不僅與電計有關，而且與玻璃電極和參比電極更有關。從實際使用要求出發，電計的分度值為0.1～0.001pH，如果有必要的話，依當前的科技水平，完全可以制作出更精密的電計。但是，由於結構和制造等方面的原因，常用電極的性能還不能達到完全理想的程度。
玻璃電極的重復性誤差和參比電極的溶液接界電勢穩定性都不優於0.01pH。因此，電計的分辨率再高，儀器測試準確度都難優於0.01pH。但是，選擇高分辨率的儀器可以Zda限度地克服或消除電計對測試誤差的影響。由於要使電計達到滿意的精度已不成問題，所以都在儀器的智能化，人性化，可靠性，操作簡便以及性價比等方面不斷創新和提高。
酸度計的級別與其測試準確度的關系在酸度計國傢計量檢定規程(JJG119-84)中規定如下：
PH酸度計儀器的級別0.2級、0.1級、0.02級、0.01級、0.001級
分度值或Z小顯示值(pH)0.2、0.1、0.02、0.01、0.001
電計示值誤差(pH)±0.1、±0.05、±0.01、±0.01、±0.002
配套測試示值總誤差(pH)±0.2、±0.1、±0.02、±0.02、±0.01
註：配套測試時的測試范圍應控制在pH3～pH10內。從上表可以看出，對於0.01級以下的酸度計，示值總誤差數值等於其級別，對於0.01級的酸度計，示值總誤差為0.02pH，對於0.001級酸度計，其示值總誤差也隻能達到±0.01pH，而且此時需要使用一級pH標準物質才能得到保證。(註意：pH國傢標準物質分一級和二級兩種，一般酸度計常用的是二級pH標準物質。)
04
ph計的分類與應用
人們根據生產與生活的需要，科學地研究生產瞭許多型號的酸度計：
按測量精度可分0.2級、0.1級、0.01級或更高精度。按儀器體積分為筆式(迷你型)、便攜式、臺式還有在線連續監控測量的在線式。根據使用的要求筆式(迷你型)與便攜式pH酸堿度計一般是檢測人員帶到現場檢測使用。選擇pH酸堿度計的精度級別是根據用戶測量所需的精度決定，而後根據用戶方便使用而選擇各式形狀的pH計。
◆按便攜性分的，分為：便攜式pH計，臺式pH計和筆式pH計。
◆按用途分為：實驗室用pH計，工業在線pH計等。
◆按先進程度分為經濟型pH計，智能型pH計，精密型pH計或分為指針式pH計，數顯式pH計。
◆筆式pH計，一般制成單一量程，測量范圍狹窄，為專用簡便儀器。便攜式和臺式pH計測量范圍較廣，常用儀器，不同點是便攜式采用直流供電，可攜帶到現場。實驗室pH計測量范圍廣、功能多、測量精度高。
◆工業用pH計的特點是要求穩定性好、工作可靠，有一定的測量精度、環境適應能力強、抗幹擾能力強，具有模擬裡量輸出、數字通訊、上下限報警和控制功能等。
PＨ計廣泛用於凈水、自來水、生活用水及各種液體的酸堿度測試。ｐＨ值在７．０為中性，７．０以下為酸性，７．０以上為堿性。采用ｐＨ計能更好地控制化學反應，達到提高生產率和產品質量以及安全生產的目的。帶有自動記錄的ｐＨ測量系統還可對污染公害提供訴訟的證據。某些間歇生產過程（例如某些化肥生產、食品加工過程）采用ｐＨ計後可變為連續生產方式。
在現代工業中采用ｐＨ計比其他類型的連續分析儀表的總和還多。幾乎凡需用水的生產部門都需要采用ｐＨ計。其應用范圍從工業用水和廢物處理到采礦中的浮選過程，包括紙漿和造紙、金屬加工、化工、石油、合成橡膠生產、發電廠、制藥、食品加工等廣泛領域。
05
實驗室和工業型pH電極有什麼區別?
從使用上講，實驗室pH電極是在較好的環境條件下進行短時間間斷測試;而工業pH電極是在較差的環境條件下進行長期連續的測試。從性能上講，實驗室pH電極要求電極的準確性和重復性要好，響應快;而工業pH電極則要求電極的長期穩定性好。從結構上講實驗室pH電極要求簡單輕便，而工業型pH電極則要求結構牢固，要考慮能夠安裝，並且能抵抗各種電場和磁場的幹擾。
06
pH電極為何要浸泡?如何正確浸泡?
pH電極使用前必須浸泡，因為pH球泡是一種特殊的玻璃膜，在玻璃膜表面有一很薄的水合凝膠層，它隻有充分濕潤的條件下才能與溶液中的H+離子良好的響應。同時，玻璃電極經過浸泡，可以使不對稱電勢大大下降並趨向穩定。
pH玻璃電極一般可以用蒸餾水或pH4緩沖溶液浸泡。通常使用pH4緩沖液更好一些，浸泡時間8小時至24小時或更長，根據球泡玻璃膜厚度、電極老化程度而不同。同時，參比電極的液接界也需要浸泡。因為如果液接界幹涸會使液接界電勢增大或不穩定，參比電極的浸泡液必須和參比電極的外參比溶液一致，即3.3mol/LKCl溶液或飽和KCl溶液，浸泡時間一般幾小時即可。
因此，對pH復合電極而言，就必須浸泡在含KCl的pH4緩沖液中，這樣才能對玻璃球泡和液接界同時起作用。這裡要特別提醒註意，因為過去人使用單支的pH玻璃電極已習慣於用去離子水或pH4緩沖液浸泡，後來使用pH復合電極時依然采用這樣的浸泡方法引起的直接後果就是使一支性能良好的pH復合電極變成一支響應慢、精度差的電極，而且浸泡時間越長性能越差，因為經過長時間的浸泡，液接界內部(例如砂芯內部)的KCl濃度已大大降低瞭，使液接界電勢增大和不穩定。當然，隻要在正確的浸泡溶液中重新浸泡數小時，電極還是會復原的。
另外，pH電極也不能浸泡在中性或堿性的緩沖溶液中，長期浸泡在此類溶液中會使pH玻璃膜響應遲鈍。正確的pH電極浸泡液的配制：取pH4.00緩沖劑(250ml)一包，溶於250ml純水中，再加入56克分析純KCl，適當加熱，攪拌至完全溶解即成。
因為PH計電極測量的介質的濃度還有污染雜質各不同，需要清洗幹凈，以備下次繼續使用，為瞭保持電極的測量精度和電極的活性，下面對於不同雜質附著在電極膜表面進行不同分析。
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PH計要避免反應
如果被測溶液含有可溶性銀鹽、一價汞鹽或ta鹽時，鹽橋內不能利用氯化鉀溶液，而應該用飽和硝酸鉀或硝酸銨溶液方能獲得滿意的測量結果。對非水溶液則應用碘化鈉的甲醇溶液和硫qing化鉀的乙醇溶液為中間溶液。
總之，不能使鹽橋溶液中的成分與被測溶液發生沉淀、氧化還原反應等現象，不然會幹擾電動勢測定。如雙液接參比電極在測Cl濃度中的應用。關於pH計的常見信號顯示儀表 ProtEX RT6820……模擬信號輸入型/積算型顯示儀表輸入信號 4~20mA, Loop-Power回路供電電壓降幅 2.8V, (帶背光時5.8V)支持線性的、平方根的或可編程的數學運算Loop-Power回路供電 或 DC供電背光可選 ProtEX RT6830…..脈沖信號輸入型/積算型顯示儀表電池供電, DC供電, 或輸出回路供電電池供電, DC供電, 或輸出回路供電 背光可選 ProtEX_Lite PD663 防爆型回路供電過程顯示儀表輸入信號 4~20mA電壓降幅 1.7V, (帶背光時4.9V)3-1/2+LCDS數字,0.6”高回路供電背光可選快捷的四鍵編程問題。
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如何檢測pH電極的好壞?
⑴測試零電位pH值，零點pH值：7±0.5pH pH電極插入pH4.00緩沖液中，穩定後讀數(預先測試出溶液的溫度)。例如25℃時讀數值E1’=186mV(取值)，而準確值為178mV(見表格)，則誤差值=186-178mV，換算成pH值：8/59.16=0.14pH(59.16mV/pH是25℃時的K值，見表格)。因此零點pH值合格。一般新電極零電位誤差≤±0.3pH，如零電位誤差>±0.5pH，電極的測試誤差會比較大，尤其當測試溶液溫度變化較大時誤差會更大。如果測試精度要求不高，則零電位誤差值還可以大一些，但Zda不能超過1pH。
⑵測試電極百分理論餘率(PTS)記錄(1)步驟中的測試數據186mV，將電極清洗後再插入pH9.18緩沖液中，穩定後讀數，E2’=111mV(取值)，ΔE’=E1’+E2’=186+111=297mV，與表格中的ΔE對照，PTS=97%，合格，一般新電極PTS≥97%，使用長久的電極可以放寬一些，但一般應PTS≥95%，除非測試精度要求很低。
⑶將電極清洗後再插入pH4.00緩沖液，將讀數與步驟(1)的數據比較，其誤差應≤±2mV，否則表示電極重復性較差。
⑷電極的測試讀數應該在30-60秒內穩定，否則表示電極響應太慢。
09
PH計的清洗方法
工業在線PH計電極在產業領域的廣泛使用的同時，由於測量介質的不同，受污染的程度也不一樣，所以在線PH計電極采用的清洗方法也不同。
目前使用的PH計電極多以玻璃電極作為測量電極，以甘汞電極作為參比電極。
當PH計檢測介質時，污染物會附著在玻璃電極上，將會影響玻璃電極產生的電勢，進而影響到PH計的示值，使靈敏度和測量精度降低，甚至失效。因此對於PH計在實際使用中的抗污染性及清洗方法，一直有人在不斷研究。
PH計常用的清洗方法有機械刷洗、超聲波清洗、水噴射清洗、化學溶液噴射清洗和復合清洗。Z簡單的清洗方便就是，人為手動清洗，但是手動清洗有很多弊端，比如拆卸電極麻煩、容易損壞電極、測量作業暫時停止等。但是利用超聲波清洗的話，就有一定的方便之處。
超聲波清洗是在PH電極的下方安裝有超聲波清洗頭，由超聲波發生器向清洗頭提供約80kHz頻率的振蕩源，從而使清洗頭產生高頻率振動，清洗頭的高頻振動傳遞給被測溶液，在溶液中產生空氣隙，隨即迅速消失，空氣隙反復產生和消失的空化效應可使電極敏感部位的結垢剝離或防止污染物粘附。
在城市污水和工業污水在線監測儀器中使用超聲波清洗的方式較好。有報導，使用帶有超聲波清洗功能的PH值傳感器，可保證長期運行條件下的檢測精度。傳統的超聲波清洗機是才用振蕩器來產生超聲波，其缺點是當更換負載(換能器)時，振蕩電路必須重新設計，並且傳統超聲波儀才用的是電子管，它工作在線性區，而非開關狀態，因此損耗大且工作頻率也不高。超聲波清洗裝置其超聲波電源采用新一代電力電子器件，它工作在開關狀態，損耗小且工作頻率高，可達兆赫級，當負載不同，該電路可自動跟蹤負載諧振頻率，無須重新設計電路，這種工作頻率可達20kHz~1MHz的超聲波電源具有很強的實用性。
PH電極清洗雜質主要有以下幾種清洗情況：
1、一般污物： 3%~5%的鹽酸，高壓水沖洗(<689.476kPa);
2、油或脂： 異丙基乙醇(耐磨乙醇)，甲醇、能去除特殊脂的其它溶液;
3、堿性條件下工作的PH電極： W=5%~10%的鹽酸溶液，W=3%~7%的硫酸;濃鹽酸與磷酸混合溶液;
4、酸性條件下工作的PH電極： W=5%~10%的熱堿性溶液(>56℃);W=5%~10%的鹽酸;W=2%~3%的氫氟酸;
5、硫酸鹽與碳酸鹽： W=5%~10%的鹽酸;濃鹽酸與磷酸混溶液;亞硫酸鈉與連二亞硫酸鈉的混合物;
6、二氧化矽或粘滯物： W=2%~%氫氟酸。
由於PH計電極極為精細，所以去除粘在PH計電極上的污物需要有足夠的耐心，並且在清洗過程中要使用適當的安全裝置。選擇適當的清洗溶液能使這項工作變得容易一些。
清洗時，把電極浸入到清洗溶液中至少5min，以便清洗介質滲入污物。對電極進行兩次洗滌是一個有效的辦法。首先將電極放在酸或堿溶液中浸泡，在浸泡過程中，用軟牙刷刷電極的電極以去除污垢。然後選擇一種溶劑清洗。Z後要對傳感器進行漂洗，用清水或鹽溶液(KCl)浸泡。保持其活性靈敏度，延長電極使用壽命。
10
pH計選購要點
我們在選購酸度儀時，首先要考慮應用場合，選擇筆式pH計，便攜式酸度儀，臺式酸度計或是工業用pH計;其次是考慮測量需要的精度，選擇合適自己使用的精度. BpH-200A型pH計廣泛應用於工業、電力、農業、醫藥、食品、科研和環保等領域。該儀器也是食品廠、飲用水廠辦QS、HACCP認證中的必備檢驗設備。
我們在選購酸度計時需要考慮以下幾點：
一、根據應用場合分類可分為：筆式pH計、便攜式pH計、實驗室pH計和工業pH計等。筆式pH計主要用於代替pH試紙的功能，具有精度低、使用方便的特點。便攜式pH計主要用於現場和野外測方式，要求較高的精度和完善的功能。實驗室pH計是一種臺式高精度分析儀表，要求精度高、功能全，包括打印輸出、數據處理等等。工業pH計是用於工業流程的連續測量，不僅要有測量顯示功能，還要有報警和控制功能，以及安裝、清洗、抗幹擾等等問題的考慮。
二、根據pH計儀器精度分類：可分為0.2級、0.1級、0.05級、0.01級,數字越小，精度越高。
三、根據元器件類型分類：可分為晶體管式、集成電路式和單片機微電腦式，更多的是應用微電腦芯片，大大減少瞭儀器體積和單機成本;但芯片的開發成本很貴。
四、根據讀數指示分類：可分為指針式和數字顯示式二種。指針式pH計已很少使用，但指針式儀表能夠顯示數據的連續變化過程，因此在滴定分析中還有使用。
五、看pH計有沒有附帶功能，比方說帶標配RS232接口，還有一個很重的是溫度補償是自動還是手動，自動溫度補償的pH計要比手動溫度補償的pH計要方便些，二者之間的價格你就明白瞭吧。