什么是pH值？pH中的p為什么是小寫而H是大寫？

2023-11-03 11:37

pH值，也稱氫離子濃度指數(shù)、酸堿值，是溶液中氫離子活度的一種標(biāo)度，也就是通常意義上溶液酸堿程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。

水的電離

這個(gè)概念在1909年由丹麥生物化學(xué)家S?ren Peter Lauritz S?rensen首次提出。p代表德語(yǔ)Potenz，意思是力量或濃度，H(hydrogen ion)代表氫離子(H⁺)。

通常情況下(25℃、298K左右)，pH值越趨向于0表示溶液酸性越強(qiáng)，越趨向于14表示溶液堿性越強(qiáng)，當(dāng)pH<7的時(shí)候，溶液呈酸性；當(dāng)pH>7的時(shí)候，溶液呈堿性；當(dāng)pH=7的時(shí)候，溶液為中性。

pH值在計(jì)算中，[H⁺]指的是溶液中氫離子的物質(zhì)的量濃度(有時(shí)也被寫為[H₃O⁺]，水合氫離子的物質(zhì)的量濃度)。

pH表示溶液中氫離子的濃度c(H⁺)，并用其判斷溶液的酸堿度，但是實(shí)際上溶液中的氫離子濃度是沒辦法測(cè)量的，所以國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)從操作上定義了pH≈-lg[c(H⁺)/(mol/L)]，并列表規(guī)定了參考pH標(biāo)準(zhǔn)值。由于pH是從操作上定義的，所以一般認(rèn)為pH是沒有單位的。

pH的數(shù)學(xué)表達(dá)式是 -lg[H⁺] ，而且在數(shù)學(xué)上，自然對(duì)數(shù)的負(fù)值用p表示，由于pH的特殊性及規(guī)定和表達(dá)式等，一般pH的寫法只有 p小寫，H大寫符合規(guī)范，像ph、PH、Ph等等寫法都是不規(guī)范的寫法！

那么你知道pH中的p為什么是小寫而H是大寫嗎？

“pH”中的“H”代表hydrogenion氫離子(H⁺)這個(gè)已經(jīng)毫無(wú)疑問，但是p的來(lái)源卻存在爭(zhēng)議，莫衷一是。

第一種稱p代表德語(yǔ)“Potenz”，意思是力度、強(qiáng)度，也有稱代表法語(yǔ)puissance，同樣是“力度、強(qiáng)度”的意思；

第二種稱pH代表拉丁文“pondus hydrogenii”，即“quantity of hydrogen(氫的量)”，一說是拉丁文中potentia hydrogenii (capacity of hydrogen)，對(duì)應(yīng)英文中的potential hydrogen。

第三種認(rèn)為p只是提出者索倫森隨意選定的符號(hào)，因?yàn)樗灿昧藂。

如今的化學(xué)界都是把p加在無(wú)量綱量前面表示該量的負(fù)對(duì)數(shù)，所以p要用小寫。H表示是氫離子，因?yàn)闅涞脑胤?hào)是H，因此要大寫！

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1．什么是pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液？它有哪些特點(diǎn)？

pH緩沖溶液是一種能使pH值保持穩(wěn)定的溶液。如果向這種溶液中加入少量的酸或堿，或者在溶液中的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生少量的酸或堿，以及將溶液適當(dāng)稀釋，這個(gè)溶液的pH值基本上穩(wěn)定不變，這種能對(duì)抗少量酸堿或大或小稀釋，而使pH值不變化的溶液就稱為緩沖溶液。

pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖液有以下特點(diǎn)：

1.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的pH值是已知的，并達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的pH值有良好的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性，具有較大的緩沖容量，較小的稀釋值和較小的溫度系數(shù)。

1.3 溶液的制備方法簡(jiǎn)單。

2．如何配制pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液？

對(duì)于一般pH測(cè)量，可使用成套的pH緩沖試劑(可配制250mL)，配制溶液時(shí)，應(yīng)使用去離子水，并預(yù)先煮沸15-30分鐘，以除去溶解的二氧化碳。剪開塑料袋將試劑倒入燒杯中，用適量去離子水使之溶解，并沖洗包裝袋，再倒入250mL容量瓶中，稀釋至刻度，充分搖勻即可。

3．如何正確保存和使用pH緩沖溶液？

緩沖溶液配制后，應(yīng)裝在玻璃瓶或聚乙烯瓶中(堿性pH緩沖液如pH 9.18、pH 10.01、pH 12.46等，應(yīng)裝在聚乙烯瓶中)瓶蓋嚴(yán)密蓋緊，在冰箱中低溫(5-10℃)保存，一般可使用六個(gè)月左右，如發(fā)現(xiàn)有混濁，發(fā)霉或沉淀現(xiàn)象，不能繼續(xù)使用。使用時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)備幾個(gè)50mL的聚乙烯小瓶，將大瓶中的緩沖溶液倒入小瓶中，并在環(huán)境溫度下放置1-2個(gè)小時(shí)，等溫度平衡后再使用。使用后不得再倒入大瓶中，以免污染，瓶中的緩沖溶液在＞10℃的環(huán)境條件下可以使用2-3天，一般pH 7.00、pH 6.86、pH 14.00三種溶液使用時(shí)間可以長(zhǎng)一些，pH 9.18和pH 10.01溶液由于吸收空氣中的二氧化碳，其pH值比較容易變化。

4． pH緩沖溶液有何用途？

4.1 pH測(cè)量前標(biāo)定校準(zhǔn)pH計(jì)。

4.2 用以檢定pH計(jì)的準(zhǔn)確性，例如用pH 6.86和pH 14.00標(biāo)定pH計(jì)后，將pH電極插入pH 9.18溶液中，檢查儀器顯示值和標(biāo)準(zhǔn)溶液的pH值是否一致。

4.3 在一般精度測(cè)量時(shí)檢pH計(jì)是否需要重新標(biāo)定。pH計(jì)標(biāo)定并使用后也許會(huì)產(chǎn)生漂移或變化，因此在測(cè)試前將電極插入與被測(cè)溶液比較接近的標(biāo)準(zhǔn)緩沖液中，根據(jù)誤差大小確定是否需要重新標(biāo)定。

4.4 檢測(cè)pH電極的性能。

5． pH電極為何要浸泡？如何正確浸泡pH復(fù)合電極？

pH電極使用前必須浸泡，因?yàn)閜H球泡是一種特殊的玻璃膜，在玻璃膜表有一很薄的凝膠層，它只有在充分濕潤(rùn)的條件下才能與溶液中的氫離子有良好的影響。同時(shí)，玻璃電極經(jīng)過浸泡，可以使不對(duì)稱電勢(shì)大大下降并趨向穩(wěn)定。pH玻璃電極一般可以用蒸餾水或pH 4.00緩沖溶液浸泡。通常用pH 4.00緩沖溶液浸泡更好上些，浸泡時(shí)間至24小時(shí)或更長(zhǎng)，根據(jù)球泡玻璃膜厚度、電極老化程度而不同。同時(shí)，參比電極的液接界也需要浸泡。因?yàn)槿绻航咏绺珊詴?huì)使液接界電勢(shì)增大或不穩(wěn)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/L KCl溶液或飽和KCl溶液，浸泡時(shí)間一般幾小時(shí)即可。

因此，對(duì)pH復(fù)合電極而言，就必須浸泡在含KCl的pH 4.00緩沖液中，這樣才能對(duì)玻璃球泡和液接界同時(shí)起作用。這里要特別提醒注意，因?yàn)檫^去人們使用單支的pH玻璃電極已習(xí)慣于用去離子水或pH 4緩沖液浸泡，后來(lái)使用pH復(fù)合電極時(shí)依然采用這樣的浸泡方法，甚至在一些不正確的pH復(fù)合電極的使用說明書中也會(huì)進(jìn)行這種錯(cuò)誤的指導(dǎo)。這種錯(cuò)誤的浸泡方法引起的直接后果就是使一支性能良好的pH復(fù)合電極就成一支響應(yīng)慢、精度差的電極，而且浸泡時(shí)間越長(zhǎng)性能越差，因?yàn)榻?jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的浸泡，液接界內(nèi)部(例如砂芯內(nèi)部)的KCl濃度已大大降低了，使液接界電勢(shì)增大和不穩(wěn)定。當(dāng)然，只要在正確的浸泡溶液中重新浸泡數(shù)小時(shí)，電極還是會(huì)復(fù)原的。

另外，pH電極也不能浸泡在中性或堿性緩沖溶液中，長(zhǎng)期浸泡在此類溶液中會(huì)使pH玻璃膜響應(yīng)遲鈍。

正確的pH電極浸泡液的配制：取pH 4.00緩沖劑(250mL)一包，溶于250mL純水中，再加入56克分析純KCl，適當(dāng)加熱，攪拌至完全溶解即成。

6．可充式和非可充式pH復(fù)合電極有何區(qū)別？

pH復(fù)合電極外殼有塑料和玻璃的區(qū)分?？沙涫絧H復(fù)合電極即在電極外殼上有一加液孔，當(dāng)電極的外參比溶液流失后，可將加液孔打開，重新補(bǔ)充KCl溶液。而非可充式pH復(fù)合電極內(nèi)裝凝膠狀KCl，不易流失也無(wú)加液孔。

可充式pH復(fù)合電極的特點(diǎn)是參比溶液有較高的滲透速度率，液接界電位穩(wěn)定重現(xiàn)，測(cè)量精度較高。而且當(dāng)參比電極減少或受污染后可以補(bǔ)充或更換KCl溶液，但缺點(diǎn)是使用較麻煩?？沙涫絧H復(fù)合電極使用時(shí)應(yīng)將加液孔打開，以增加液體壓力，加速電極響應(yīng)，當(dāng)電解液液面低于加液孔2厘米時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充新的電解液。

非可充pH復(fù)合電極的特點(diǎn)是維護(hù)簡(jiǎn)單使用方便，因此也得到廣泛的應(yīng)用。但作為實(shí)驗(yàn)室pH電極極使用時(shí)，在長(zhǎng)期和連續(xù)的使用條件下，液接界處的KCl濃度會(huì)減少，影響測(cè)試精度。因此非可充式pH復(fù)合電極不用時(shí)，應(yīng)浸在電極浸泡液中，這樣下次測(cè)試時(shí)電極性能會(huì)很好，而部分實(shí)驗(yàn)室pH電極都不是長(zhǎng)期和連續(xù)的測(cè)試，因此這種結(jié)構(gòu)對(duì)精度的影響是比較小的。而工業(yè)的pH復(fù)合電極由于對(duì)測(cè)試精度的要求比較低，所以使用方便就成為主要的選擇。

7．如何正確使用pH復(fù)合電極？

7.1 球泡前端不應(yīng)有氣泡，如有氣泡應(yīng)用力甩去。

7.2 電極從浸泡瓶中取出后，應(yīng)在去離子水中晃動(dòng)并甩干，不要用紙巾擦拭球泡，否則由于靜電感應(yīng)電荷轉(zhuǎn)移到玻膜上，會(huì)延長(zhǎng)電勢(shì)穩(wěn)定的時(shí)間，更好的方法是使用被測(cè)溶液沖洗電極。

7.3 pH復(fù)合電極插入被測(cè)溶液后，要攪拌晃動(dòng)幾下再靜止放置，這樣會(huì)加快電極的響應(yīng)。尤其使用塑殼pH復(fù)合電極時(shí)，攪拌晃動(dòng)要厲害一些，因?yàn)榍蚺莺退軞ぶg會(huì)有一個(gè)小小的空腔，電極浸入溶液后有時(shí)空腔中的氣體來(lái)不及排除會(huì)產(chǎn)生氣泡，使球泡或液接界與溶液接角不良，因此必須用力攪拌晃動(dòng)以排除氣泡。

7.4 在粘稠性試樣中測(cè)試之后，電極必須用去離子水反復(fù)沖洗多次，以除去粘附在玻璃膜上的試樣。有時(shí)還需先用其它試劑洗去試樣，再用水洗去溶劑，浸入浸泡液中活化。

7.5 避免接觸強(qiáng)酸強(qiáng)堿或腐蝕性溶液，如果測(cè)試此類溶液，應(yīng)盡量減少浸入時(shí)間，用后仔細(xì)清洗干凈。

7.6 避免在無(wú)水乙醇、濃硫酸等脫水性介質(zhì)中使用，它們會(huì)損壞球泡表面的水合凝膠層。

7.7 塑殼pH復(fù)合電極的外殼材料是聚碳酸酯塑料(PC)，PC塑料在有些溶劑中會(huì)溶解，如四氯化碳、三氯乙烯、四氫呋喃等，如果測(cè)試中含有以上溶劑，就會(huì)溶解電極外殼，此時(shí)應(yīng)改用玻璃外殼的pH復(fù)合電極。

8．pH電極如何清洗？

球泡和液接界污染后先用以下溶劑清洗，再用去離子水洗去溶劑，將電極浸入浸泡液中活化。

(1)污染物：無(wú)機(jī)金屬氧化物、有機(jī)油脂類物質(zhì)、樹脂高分子物質(zhì)、蛋白質(zhì)血球沉淀物、顏料類物質(zhì)等。

(2)清洗劑：低于1 mol/L稀酸、稀洗滌劑(弱酸性)、稀酒精、丙酮、乙醚、酸性酶溶液(食母生片)、稀漂白液、過氧化氫等。

9. 如何修復(fù)pH電極？

pH復(fù)合電極的“損壞”，其現(xiàn)象是敏感梯度降低、響應(yīng)慢、讀數(shù)重復(fù)性差，可能由以下三種因素引起，一般客戶可以采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄓ枰孕迯?fù)。

9.1 電極球泡和液接界受污染，可以用細(xì)的毛刷、棉花或牙簽等，仔細(xì)去除污物。有些塑殼電極頭部的保護(hù)罩可以旋下，清洗就方便了，如污染嚴(yán)重，可按第8條的方法用清潔劑清洗。

9.2 外參比溶液受污染，有些電極的結(jié)構(gòu)是可添加溶液的，此時(shí)，可用針筒將電極的外參比溶液抽凈，配制新的3.3mol/L或飽和KCl溶液，再加進(jìn)去，注意第一、二次加進(jìn)去時(shí)要再抽出來(lái)，以便將電極內(nèi)腔清洗凈。

9.3 玻璃敏感膜老化：將電極球泡用0.1mol/L稀鹽酸(9mL鹽酸用純水稀釋至100mL)浸泡24小時(shí)用純水洗凈，再用電極浸泡溶液浸泡24小時(shí)。如果鈍化比較嚴(yán)重，也可以將電極下端浸泡在45的氫氟酸溶液中3-5秒鐘(溶液配制：4 mL氫氟酸用純水稀釋至100mL)，用純水洗凈，然后在電極浸泡溶液中浸泡24小時(shí)，使其恢復(fù)性能。

10. 什么是pH計(jì)的一點(diǎn)校準(zhǔn)？

任何一種pH計(jì)都必須經(jīng)過pH標(biāo)準(zhǔn)溶液的校準(zhǔn)后才可測(cè)量樣品的pH值，對(duì)于測(cè)量精度在0.1pH以下的樣品，可以采一點(diǎn)校準(zhǔn)方法調(diào)整儀器，一般選用pH 6.86或pH 7.00標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液。有些儀器本身只0.2pH或0.1pH，因此儀器只設(shè)有一個(gè)定位調(diào)節(jié)旋扭，具體操作步驟如下：

10.1 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)緩沖液溫度，查表確定該溫度下的pH值，將溫度補(bǔ)嘗旋鈕調(diào)節(jié)至該溫度下。

10.2 用純水沖洗電極并甩干。

10.3 將電極浸入緩沖溶液晃動(dòng)后靜止放置，待讀數(shù)穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)定位旋鈕使儀器顯示該標(biāo)準(zhǔn)溶液的pH值。

10.4 取出電極沖洗并甩干。

10.5 測(cè)量樣品溫度，并將pH計(jì)溫度補(bǔ)償旋鈕調(diào)節(jié)至該溫度值。

10.6 將電極浸入樣品溶液，晃動(dòng)后靜止放置，顯示穩(wěn)定后讀數(shù)。

11. 什么是pH計(jì)的兩點(diǎn)校準(zhǔn)?

對(duì)于精密級(jí)的pH計(jì)，除了設(shè)有“定位”和“溫度補(bǔ)償”調(diào)節(jié)外，還設(shè)電極“斜率”調(diào)節(jié)，它就需要用兩種標(biāo)準(zhǔn)緩沖液進(jìn)行校準(zhǔn)。一般先以pH 6.86或pH 7.00進(jìn)行“定位”校準(zhǔn)，然后根據(jù)測(cè)試溶液的酸堿情況，選用pH 4.00(酸性)或pH 9.18或pH 10.01(堿性)緩沖溶液進(jìn)行“斜率校正。具體操作步驟為：

11.1 電極極洗凈并甩干，浸入pH 6.86或pH 7.00標(biāo)準(zhǔn)溶液中，溫度補(bǔ)償旋鈕置于溶液溫度處。待示值穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)定位旋鈕使儀器示值為標(biāo)準(zhǔn)溶液的pH值。

11.2 取出電極洗凈并甩干，浸入第二種標(biāo)準(zhǔn)溶液。待示值穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)儀器斜率旋鈕，使儀器的示值為第二種標(biāo)準(zhǔn)溶液的pH值。

11.3 電極極洗凈并甩干，再浸入pH 6.86或pH 7.00標(biāo)準(zhǔn)溶液中，如果誤差超過0.02pH，則重復(fù)第(1)、(2)步聚。直至在二種標(biāo)準(zhǔn)溶液中不需要調(diào)節(jié)旋鈕都能顯示正確的pH值。

11.4 取出電極洗凈并甩干，將pH溫度補(bǔ)償旋鈕調(diào)節(jié)至樣品溫度，將電極浸入樣品溶液，晃動(dòng)后靜止放置，顯示穩(wěn)定后讀數(shù)。

12. 溫度對(duì)pH精度測(cè)量有多大影響？

對(duì)pH電極，溫度影響每一個(gè)pH為0.003pH/℃，例如一個(gè)0.2級(jí)的pH計(jì)，在30℃pH緩沖液中進(jìn)行校準(zhǔn)，然后測(cè)試60℃的溶液(假定溶液的pH范圍在pH6-8之間與pH 7.00相差一個(gè)pH單位)，則溫度影響的最大誤差就是30×0.003=0.09pH。如果是3個(gè)pH單位(在pH4-10范圍內(nèi))，最大誤差就是0.27pH，從中可以看出溫度對(duì)pH的影響是很大的。當(dāng)然，我們也可以從中得出結(jié)論，為了減少溫度對(duì)pH測(cè)量的誤差，我們?cè)撟⒁庖韵氯c(diǎn)：

12.1 盡量選擇接近被測(cè)溶液pH值的緩沖溶液校準(zhǔn)pH計(jì)。

12.2 盡量使校準(zhǔn)溶液的溫度與被測(cè)溶液的溫度一致或接近。

12.3 應(yīng)該選擇有溫度補(bǔ)償?shù)膒H計(jì)。

精度高于0.1pH的pH計(jì)都有溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)，而0.2級(jí)的pH計(jì)就不帶有溫度補(bǔ)償。有些0.2級(jí)的pH計(jì)也號(hào)稱有0.1級(jí)的精度，其實(shí)這是不可能的，有人是將分辨率0.1pH和精度0.1pH這二個(gè)概念進(jìn)行了混淆。即使以一個(gè)pH單位來(lái)說，相隔60℃的pH誤差就是0.003×60=0.18pH，因此，沒有溫度補(bǔ)償?shù)膒H計(jì)，最高的精度也只有0.2pH。

13. 溫度補(bǔ)償能消除所有溫度引起的誤差嗎?

必須特別指出的是，pH計(jì)上設(shè)置的溫度補(bǔ)償，只是補(bǔ)償電極的斜率項(xiàng)(2.303RT/F)。受溫度影響的還有玻璃電極的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)，液接界電勢(shì)等，它們與溫度并非成嚴(yán)格的線性關(guān)系。同時(shí)pH電極也需要一定的時(shí)間才能達(dá)到新溫度下的平衡。因此，不管是手動(dòng)溫度補(bǔ)償還是自動(dòng)溫度補(bǔ)償，都不是很充分的。根據(jù)pH測(cè)量的操作定義，要想得到精密的測(cè)量結(jié)果，樣品溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液應(yīng)在相同和恒定的溫度下測(cè)量，這就是等溫測(cè)量原理。對(duì)于一般精度要求的pH測(cè)量，樣品溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的溫度不同時(shí)，可使用溫度補(bǔ)償。

14．如何判斷你的pH計(jì)是否準(zhǔn)確？

有不少用戶在使用pH計(jì)時(shí)都心存疑惑，這個(gè)pH計(jì)到底準(zhǔn)不準(zhǔn)？有人以工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，有人以pH試紙來(lái)判斷，也有人以過去使用的pH計(jì)來(lái)判斷，這些都是不可靠的。其實(shí)，唯一可靠和最簡(jiǎn)單的方法就是以pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液來(lái)來(lái)進(jìn)行檢定。這是唯一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。取三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液：pH 6.86、pH 4.00、pH 9.18(最好是新鮮配制并且溫度相同)，以pH 6.86進(jìn)行定位校準(zhǔn)，以pH 4.00進(jìn)行斜率校準(zhǔn)，然后測(cè)試pH 9.18，pH計(jì)是否準(zhǔn)確，是否合格立見分曉。

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