pH計是用來測量溶液酸堿度（常被稱為pH值）的常用分析儀器。pH是描述酸堿度的計量單位，通常情況下測量范圍在0-14之間。

圖1: 一個典型pH計

pH值以氫離子濃度的負對數(shù)形式表示，具體如下：

? pH = -log [H⁺]

例如在25℃的純水或者中性溶液中：

? [H+]= 1×10^-7M
pH = -log (1×10-7)
= - (log 1× log10^-7)
= - (0.0 + (-7.0))
pH = 7.0

pH計算所提供的定量數(shù)據(jù)表達了一種酸或堿的氫離子濃度。一種物質(zhì)的pH值與溶液中氫離子[H+]和羥基離子[OH-]濃度的比值直接相關(guān)。如果[H+]濃度大于[OH-]濃度，則物質(zhì)為酸性（pH <7）；如果[OH-]濃度大于[H+]濃度，則物質(zhì)為堿性（pH >7）；如果溶液中[OH-]濃度等于[H+]濃度，則是中性的（pH = 7）。

pH測量

溶液的pH值可以通過pH試紙或指示劑來測量，它們會隨著pH值的變化而改變顏色，但不能給出準確的讀數(shù)。精確的pH值是用電子pH計測量出來的。pH計由pH測量電極、參比電極和高輸入阻抗計這三個部分組成。pH電極可以假設為一個電池，其電壓隨被測溶液的pH值而變化。pH值測量電極是一個氫離子敏感玻璃球泡，輸出毫伏單位電位差與球泡內(nèi)外相對氫離子濃度的變化成正比。參比電極的輸出不隨氫離子的濃度而變化。pH電極具有很高的內(nèi)阻，使得電壓隨pH的變化難以估計。因此，pH計的輸入阻抗和泄漏電阻是至關(guān)重要的因素。pH計是一種高阻抗放大器，可以精確測量微小的電極電壓，并在模擬或數(shù)字顯示器上以pH單位直接顯示結(jié)果。在某些情況下，還可以讀取特殊應用或用于離子選擇性或氧化還原電位(ORP)電極的電壓。

pH電極

pH電極技術(shù)在過去五六十年中沒有太大變化。盡管近三、四十年現(xiàn)代科技高速發(fā)展，但是pH電極的制作仍然是一門藝術(shù)。電極的獨特玻璃本體由玻璃吹制器吹制成其結(jié)構(gòu)。這不是一項先進或高科技技術(shù)，卻是電極制造過程中非常關(guān)鍵和必要的步驟。玻璃的厚度決定了它的電阻并影響它的輸出。

現(xiàn)在pH計的探頭基本都是復合電極，由玻璃電極和參比電極組合在一個外殼里面。復合電極由如下部分組成：

圖2: pH復合電極示意圖(來源于維基百科)

1. 電極的傳感部分，由特殊玻璃制成的球泡
2. 內(nèi)參比電極，通常是Ag/AgCl電極或甘汞電極
3. 內(nèi)參比溶液，通常是pH=7緩沖溶液，pH電極為0.1 mol/L KCl。
4. 在使用Ag/AgCl電極時,玻璃電極內(nèi)會有少量的AgCl沉淀
5. 外參比電極，通常與第2部分相同
6. 外參比溶液，通常為0.1 mol/L KCl溶液
7. 液接界是外參比溶液和被測溶液的連接部件，通常由陶瓷或毛細管與石棉或石英纖維制成
8. 電極本體外殼，通常由不導電玻璃或者塑料制成

pH電極的底部膨脹成一個圓而薄的玻璃球泡。pH電極可以假設為管子內(nèi)嵌管子。內(nèi)管含有保持不變的1×10?7 mol/L HCl溶液。參比電極的正極末端也在內(nèi)管中。負極末端將自己包裹在內(nèi)管的外面，和同類參比電極在內(nèi)管的內(nèi)部一樣。在充滿KCl的參比溶液中，通過作為鹽橋的多孔塞與pH探針外面的溶液接觸。

校準

在每次測量前，pH計必須使用至少兩種已知pH值標準緩沖溶液（通常pH=4.0和7.0）進行校準。

常見測量pH值的典型應用

• pH測量在農(nóng)業(yè)土壤評價中是非常重要的。主要作物生長需要堿性環(huán)境，因此測量pH顯得很有必要；
• pH測量也用于食品工業(yè)，尤其是奶酪、凝乳、酸奶等乳制品；
• 化學及制藥行業(yè)強制規(guī)定需要測量pH
• pH值是生產(chǎn)洗滌劑的重要指標；
• pH值監(jiān)測在水處理工廠及反滲透膜凈水器中必不可少.