pH計(jì)
一、緣由與目標(biāo)：
pHmeter在實(shí)驗(yàn)室是一種十分常用的儀器，由於其使用頻率高且常用於量測(cè)各式各樣的基質(zhì)樣品，如廢水、飲用水、海水及製程上的樣品等等，如果使用不當(dāng)，則可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)pH量測(cè)設(shè)備通常包含三個(gè)要件，(1)pH電極、(2)溫度補(bǔ)償探棒、(3)pHmeter(主機(jī))。
二、pH之定義
pH值一般定義為溶液中氫離子活性(α)的負(fù)對(duì)數(shù)值。
在純水及稀薄溶液中，氫離子活性可視為與氫離子濃度相同，故
純水在25℃，其離子積常數(shù)（ion product of water）
圖一為酸鹼pH值相對(duì)之電位值。
圖一
三、原理
pH量測(cè)牽涉溶液未知〔H＋〕電位與已知參考電位之比較。
pH meter將參考半電池（reference half–cells）與偵測(cè)半電池（sensinghalf–cells）轉(zhuǎn)換成pH值。現(xiàn)今，大部分的電極係將參考和偵測(cè)半電池做在一起，成複合式電極。
當(dāng)pH電極浸入樣品溶液中，其感應(yīng)玻璃膜（sensing glassmembrane）將會(huì)產(chǎn)生一電位。如果未知溶液是中性，其總固定電位差在玻璃膜（glassmembrane）內(nèi)表面和偵測(cè)導(dǎo)體（sensing conductor）約莫等於玻璃膜（glassmembrane）外表面和參考半電池，其結(jié)果使總電位差為0mV，此時(shí)pH值為7。
在酸鹼溶液，其外部薄膜表面（outer membrane surface）電位的改變正比於〔H＋〕濃度，pHmeter測(cè)定其電位與未知〔H＋〕濃度的改變可用Nernst equation來(lái)表示：
四、校正與量測(cè)
使用pH meter前，必須加以校正。一般先用pH 7的緩衝溶液校正，再用pH4或10的緩衝溶液（視水樣之pH值而定），*後再用第三種緩衝溶液當(dāng)做QC樣品，來(lái)查核校正線。緩衝溶液的pH值會(huì)受溫度影響，其影響程度對(duì)pH10的緩衝溶液較pH 4的緩衝溶液明顯。是故緩衝溶液的溫度必須知道，以便進(jìn)行溫度因子修正。
校正與操作步驟會(huì)因不同的儀器而有所不同，請(qǐng)參照儀器手冊(cè)。圖二、為pH值相對(duì)應(yīng)電位直線圖，以25℃緩衝溶液校正直線其斜率為59.16mV/pH。
圖二
水樣的pH可能會(huì)在採(cǎi)樣後數(shù)小時(shí)甚至幾分鐘後會(huì)因?yàn)榕艢猓╠egassing）如二氧化碳、硫化氫及氨的溢散、礦物沈澱（如形成碳酸鈣），溫度改變、其他物理化學(xué)及生物反應(yīng)而改變。
現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境包括下雨、風(fēng)、粉塵及太陽(yáng)光都可能影響分析的結(jié)果，如可能的話儘量不要使儀器在操作過(guò)程曝露於惡劣的環(huán)境下。在乾燥、多風(fēng)的天氣，pH計(jì)表面容易形成靜電，而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。
儀器校正過(guò)後，即可直接測(cè)量水樣，將pH電極與溫度探棒放入於樣品適當(dāng)深度，至少停留60秒使其平衡。
如果pH meter系統(tǒng)包含自動(dòng)溫度補(bǔ)償（automatic temperature compensator,ATC），使用ATC測(cè)量水溫。如果儀器系統(tǒng)不含自動(dòng)溫度補(bǔ)償，使用一分離式已被校正過(guò)之溫度計(jì)，調(diào)整主機(jī)（meter）至同樣品溫度（如必要）。測(cè)值通?？珊芸斓胤€(wěn)定在±0.05至0.1pH。記錄所觀察結(jié)果之中間值。如果讀值無(wú)法穩(wěn)定，則記錄此結(jié)果於現(xiàn)場(chǎng)記錄表，並記錄*後五次讀值之中間值。
五、電極維護(hù)
電極的老化是一正常的現(xiàn)象，適當(dāng)?shù)碾姌O保養(yǎng)是必要的工作，正確使用與保養(yǎng)可使電極的使用壽命更長(zhǎng)，以下為電極的一般保養(yǎng)方法。
1.不要用手去碰觸玻璃球（glass bulb），球面上的油膜或刮痕會(huì)影響測(cè)值的準(zhǔn)確度，手指上的油漬會(huì)降低電極的感度。
2.檢視電極和電極導(dǎo)線有無(wú)外在毀損。
3.電極使用前，徹底用去離子水清洗，不可用衛(wèi)生紙或拭紙擦拭電極，會(huì)造成電極刮傷，應(yīng)以拭紙輕輕吸乾電極上水份
4.監(jiān)視電極的反應(yīng)，保留電極的使用記錄，記錄斜率讀值。正常的電極斜率反應(yīng)應(yīng)在理論值的98.0至99.5％，理論Nernst反應(yīng)在25℃為59.16mV/pH，斜率小於94％時(shí)，電極可能有老化現(xiàn)象，且必須進(jìn)一步監(jiān)視電極斜率有無(wú)下降。如有可能，更換或再生電極。若斜率低至90％則不可使用。
5.電極不使用時(shí)應(yīng)蓋住並使其保持濕潤(rùn)。
六、電極清洗
電極必須保持乾淨(jìng)，方可得到一準(zhǔn)確的測(cè)值。
1.用去離子水徹底清洗電極表面。
2.如果電極變髒應(yīng)加以再生。
3.電極之再生步驟，可將填充液**，清洗再填充新鮮的填充液。
4.更換塞子，並將電極放入保存液過(guò)夜，再測(cè)試電極，如果測(cè)試不通過(guò)，更換電極。
七、品質(zhì)管制事項(xiàng)
每次校正和攜出時(shí)
1.檢查電極操作記錄，電極校正斜率應(yīng)在理論值的98％至99.5％之間。斜率若低於94％可能電極有老化現(xiàn)象，若低至90％則電極不可使用。
2.每4個(gè)月至少校正溫度探棒1次。
八、困難排除（Trouble shooting）
表一 為一般pH meter操作之困難排除方法
? 普化實(shí)驗(yàn)中緩衝溶液是依CRC Handbook of Chemistry and Physics, 69th ed.1988-1989, D-145之配方配製。
? pH 4.00 緩衝溶液由 50 mL 鄰苯二甲酸氫鉀與 0.1 mL 0.1 M 鹽酸配製得。
? pH 7.00 緩衝溶液由 50 mL 磷酸二氫鉀與 29.1 mL 0.1 M 氫氧化鈉配製得。
? pH 10.00緩衝溶液由 50 mL 0.025 M 硼砂溶液與 18.3 mL 0.1 M 氫氧化鈉配製得。
校正pH-meter一般酸性範(fàn)圍用pH7及pH4，鹼性範(fàn)圍用pH7及pH10校正。不使用pH4及pH10，是因pH範(fàn)圍大時(shí)直線性不佳。不使用pH7及pH1，可能是因極酸或極鹼的條件下，pH值的量測(cè)誤差較大。