pH計一、緣由與目標：pHmeter在實驗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各式各樣的基質樣品，如廢水、飲用水、海水及製程上的樣品等等，如果使用不當，則可能導致錯誤的結果。標準pH量測設備通常包含三個要件，(1)pH電極、(2)溫度補償探棒、(3)pHmeter(主機)。 二、pH之定義pH值一般定義為溶液中氫離子活性(α)的負對數值。 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（ion product of water） 圖一為酸鹼pH值相對之電位值。 圖一三、原理pH量測牽涉溶液未知〔H＋〕電位與已知參考電位之比較。pH meter將參考半電池（reference half–cells）與偵測半電池（sensinghalf–cells）轉換成pH值。現今，大部分的電極係將參考和偵測半電池做在一起，成複合式電極。當pH電極浸入樣品溶液中，其感應玻璃膜（sensing glassmembrane）將會產生一電位。如果未知溶液是中性，其總固定電位差在玻璃膜（glassmembrane）內表面和偵測導體（sensing conductor）約莫等於玻璃膜（glassmembrane）外表面和參考半電池，其結果使總電位差為0mV，此時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測定其電位與未知〔H＋〕濃度的改變可用Nernst equation來表示： 四、校正與量測使用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做QC樣品，來查核校正線。緩衝溶液的pH值會受溫度影響，其影響程度對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，以便進行溫度因子修正。校正與操作步驟會因不同的儀器而有所不同，請參照儀器手冊。圖二、為pH值相對應電位直線圖，以25℃緩衝溶液校正直線其斜率為59.16mV/pH。 圖二水樣的pH可能會在採樣後數小時甚至幾分鐘後會因為排氣（degassing）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、其他物理化學及生物反應而改變。現場環境包括下雨、風、粉塵及太陽光都可能影響分析的結果，如可能的話儘量不要使儀器在操作過程曝露於惡劣的環境下。在乾燥、多風的天氣，pH計表面容易形成靜電，而導致錯誤的結果。儀器校正過後，即可直接測量水樣，將pH電極與溫度探棒放入於樣品適當深度，至少停留60秒使其平衡。如果pH meter系統包含自動溫度補償（automatic temperature compensator,ATC），使用ATC測量水溫。如果儀器系統不含自動溫度補償，使用一分離式已被校正過之溫度計，調整主機（meter）至同樣品溫度（如必要）。測值通常可很快地穩定在±0.05至0.1pH。記錄所觀察結果之中間值。如果讀值無法穩定，則記錄此結果於現場記錄表，並記錄*後五次讀值之中間值。 五、電極維護電極的老化是一正常的現象，適當的電極保養是必要的工作，正確使用與保養可使電極的使用壽命更長，以下為電極的一般保養方法。1.不要用手去碰觸玻璃球（glass bulb），球面上的油膜或刮痕會影響測值的準確度，手指上的油漬會降低電極的感度。2.檢視電極和電極導線有無外在毀損。3.電極使用前，徹底用去離子水清洗，不可用衛生紙或拭紙擦拭電極，會造成電極刮傷，應以拭紙輕輕吸乾電極上水份4.監視電極的反應，保留電極的使用記錄，記錄斜率讀值。正常的電極斜率反應應在理論值的98.0至99.5％，理論Nernst反應在25℃為59.16mV/pH，斜率小於94％時，電極可能有老化現象，且必須進一步監視電極斜率有無下降。如有可能，更換或再生電極。若斜率低至90％則不可使用。5.電極不使用時應蓋住並使其保持濕潤。 六、電極清洗電極必須保持乾淨，方可得到一準確的測值。1.用去離子水徹底清洗電極表面。2.如果電極變髒應加以再生。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夜，再測試電極，如果測試不通過，更換電極。七、品質管制事項每次校正和攜出時1.檢查電極操作記錄，電極校正斜率應在理論值的98％至99.5％之間。斜率若低於94％可能電極有老化現象，若低至90％則電極不可使用。2.每4個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 • 普化實驗中緩衝溶液是依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一般酸性範圍用pH7及pH4，鹼性範圍用pH7及pH10校正。不使用pH4及pH10，是因pH範圍大時直線性不佳。不使用pH7及pH1，可能是因極酸或極鹼的條件下，pH值的量測誤差較大。