pH计的温度补偿和溶液补偿
pH值的定义是氢离子活度的负对数，用公式表示为-lg[H+]，在化工、石油、发电、造纸、食品、医疗、制药等行业都需要将pH作为重要的参考指标。pH标度是一个从0到14的无量纲对数刻度，在标准状况下(25℃)pH=7为中性，pH<7为酸性，pH>7为碱性。但pH会随着温度的变化而变化，其原因是pH和水的离子积Kw有关，而Kw是温度依赖的。pH=7为中性是只在25℃时成立的，当温度升高水的离子积Kw增大，中性点的pH就会变小，见表1。温度还会影响pH计电极的斜率从而使测量结果产生误差，因此在测量pH时就必须要考虑到温度这个重要条件。为了减少温度对测量带来的影响，在实际使用pH计测量时就需要对测量结果进行补偿，一方面是对pH计的电极进行温度补偿，另一方面是对待测溶液本身随温度变化的溶液补偿。
表1.不同温度下水的pH中性点
Temperature (°C) | Ion Product of Water (Kw) | Neutral pH |
0 | 0.114 × 10⁻¹⁴ | 7.47 |
10 | 0.293 × 10⁻¹⁴ | 7.27 |
20 | 0.681 × 10⁻¹⁴ | 7.08 |
25 | 1.008 × 10⁻¹⁴ | 7.00 |
30 | 1.471 × 10⁻¹⁴ | 6.92 |
40 | 2.916 × 10⁻¹⁴ | 6.77 |
50 | 5.476 × 10⁻¹⁴ | 6.63 |
60 | 9.614 × 10⁻¹⁴ | 6.51 |
70 | 15.90 × 10⁻¹⁴ | 6.40 |
80 | 25.10 × 10⁻¹⁴ | 6.30 |
90 | 38.00 × 10⁻¹⁴ | 6.21 |
100 | 55.00 × 10⁻¹⁴ | 6.13 |
温度补偿是指对pH电极本身的测量信号进行温度校正的过程，pH电极的斜率会随着溶液温度的变化而变化，这符合能斯特方程。温度补偿的目的是确保在任何温度下，pH计都能将电极产生的毫伏信号准确地转换为正确的pH值读数。pH计一般采用电位法的原理，通常使用复合电极来测量被测溶液中的H+离子浓度值，复合电极结构如图1所示。电极探头分为指示电极和参比电极两部分，参比电极一般采用银/氯化银电极，它对溶液中的H+离子活度无影响，且具有恒定的电极电位；指示电极是由对H+离子反应灵敏的玻璃探头构成的。在测量的过程中H+离子浓度的不同会使得指示电极和参比电极之间形成与H+离子浓度对应的电位，只要测量出这个电位值，便可以得出被测溶液的pH值。
图1.复合电极