pH計是一個科學儀器，主要用于測量水溶基液中的氫離子活度，将它的酸度或堿度表示為pH值。pH計測量pH電極和參比電極之間的電勢差，因此pH計有時被稱為“電位pH計”。電勢差異與溶液的酸度或pH有關。

曆史

pH值的概念由SPLSørensen于1909年定義，電極在20世紀20年代用于pH測量。1934年10月，Arnold Orville Beckman為其“酸度計”注冊了第一項用于測量pH的完整化學儀器的專利，美國專利号2,058,761，後來改名為pH計。1935年4月8日，Beckman重新命名為國家技術實驗室，專注于科學儀器的制造，Arthur H. Thomas公司作為其pH計的分銷商，并在1936年開始銷售pH計用于醫療領域。在1936年的第一個全年銷售中，該公司以60,000美元的銷售額售出了444個pH計。未來幾年，該公司銷售了數百萬台。2004年，貝克曼pH計被指定為 ACS國家曆史化學地标，以表彰其作為第一個商業上成功的電子pH計的重要性。

随後美國的樂器制造商成功開發工業pH計，在各個領域具有廣泛的應用，例如啤酒廠，造紙廠，明礬工廠和水處理系統。 在20世紀70年代，台灣的 Jenco Electronics 設計并制造了第一台便攜式數字pH計。該儀表以Cole-Parmer公司的标簽出售。

應用

儀器和檢測方面的進步擴大了pH測量的應用數量。這些設備已經小型化，可以直接測量活細胞内的pH值。除了測量液體的pH值外，還可以使用專門設計的電極來測量半固體物質（如食物）的pH值。它們具有适合于刺穿半固體的尖端，具有與食品中的成分相容的電極材料，并且能夠防止堵塞。

設計和使用

最早在實驗室中使用的是Beckman pH計，其操作原理如下：

電位pH計測量兩個電極之間的電壓，并将結果顯示轉換為相應的pH值。它們包括簡單的電子放大器和一對電極，或者組合電極，以及以pH單位校準的某種形式的顯示器。它通常具有玻璃電極和參比電極，或組合電極。

電極的設計是關鍵部分：這些是通常由玻璃制成的棒狀結構，燈泡底部包含傳感器。用于測量pH的玻璃電極具有專門設計成對氫離子濃度具有選擇性的玻璃燈泡。在浸入待測溶液中時，測試溶液中的氫離子交換玻璃燈泡上的其他帶正電離子，在燈泡上産生電化學勢。電子放大器檢測測量中産生的兩個電極之間的電勢差，并将電勢差轉換為pH單位。根據能斯特方程，玻璃球上的電化學勢的大小與pH線性相關。

在将玻璃電極和參考電極浸入測試溶液中時，完成電路，其中存在由電壓表産生和檢測的電位差。該電路可以被認為是從參考電極的導電元件到周圍的氯化鉀溶液，通過陶瓷膜到測試溶液，玻璃電極的氫離子選擇性通過。最後是顯示裝置的電壓表，其值取決于由測試溶液和玻璃電極内部的溶液之間的玻璃膜的每一側上的氫離子濃度差異産生的電勢差，電路中的所有其他電位差異不随pH變化。

為簡單起見，許多pH計使用組合探針，其由玻璃電極和包含在單個探針内的參比電極構成。pH計通常在每次使用前用已知pH的溶液校準，以确保測量的準确性。為了測量溶液的pH值，将電極用作探針，将其浸入測試溶液中并保持足夠長的時間以使測試溶液中的氫離子與燈泡表面上的離子平衡。

pH電極和參比電極設計

制造商将pH電極的玻璃膜的制造和所得微觀結構的細節保持為商業秘密，但是設計的某些方面已經公布。玻璃是固體電解質，堿金屬離子可以攜帶電流。pH敏感玻璃膜通常是球形的，以簡化均勻膜的制造。這些膜厚度高達0.4毫米，比原始設計厚，從而使探針耐用。玻璃在其表面上具有矽酸鹽化學官能團，其為溶液中的堿金屬離子和氫離子提供結合位點。

氯化銀電極是最常用的一種參比電極，盡管在一些設計中使用飽和甘汞電極。氯化銀電極制造簡單并且重複性高。參比電極通常由與銀/氯化銀混合物接觸的鉑絲組成，其浸入氯化鉀溶液中。有一個陶瓷塞，用作與測試溶液的接觸，提供低電阻，同時防止兩種溶液的混合。利用這些電極設計，電壓表檢測到±1400毫伏的電位差，平衡時間通常小于1秒，随着電極老化，平衡時間增加。

校準和操作

非常精确的測量需要在每次測量之前校準pH計。更甚于因為玻璃電極在較長時間内不能提供可再現的靜電電位，每次操作執行前都需要一次校準。

與良好實驗室實踐的原則一緻，使用至少兩種标準緩沖溶液進行校準，所述緩沖溶液跨越待測量的pH值範圍。一般來說，pH 4.00和pH 10.00的緩沖液是較為合适的。pH計有一個校準控制器，用于将儀表讀數設置為等于第一個标準緩沖液的值，第二個控制器用于将儀表讀數調整為第二個緩沖液的值。第三個控制允許設定溫度。可從各種供應商處獲得的标準緩沖袋通常記錄溫度依賴性緩沖區控制。更精确的測量有時需要在三種不同的pH值下進行校準。一些pH計提供内置的溫度系數校正，電極探針中帶有溫度熱電偶。校準過程将探針産生的電壓（每pH單位約0.06伏）與pH标度相關聯。良好的實驗室規範要求，在每次測量後，用蒸餾水或去離子水沖洗探針以去除所測量溶液的任何痕迹，用科學擦拭物吸幹以吸收任何剩餘的水，然後浸入适合特定探針類型的存儲設備中。

維護

由于電極對污染物的敏感性，探頭的清潔度對于精确測量至關重要。在不使用适合于特定探針的介質時，探針通常保持濕潤，該介質通常是可從探針制造商獲得的水溶液。探頭制造商提供清潔和維護探頭設計的說明。例如，一位實驗室級pH值的制造商提供特定污染物的清潔說明：一般清潔（在漂白劑和洗滌劑溶液中浸泡15分鐘），鹽（鹽酸溶液，接着是氫氧化鈉和水），油脂（清潔劑或甲醇），堵塞的參比接點（KCl溶液），蛋白質沉積物（胃蛋白酶和HCl，1％溶液）和氣泡。

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