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[摘 要]针对部分有颜色的溶液采用pH试纸测不出结果、同一种测试溶液采用pH试纸法及pH计法获得pH值不同等现象，通过分析常用pH值测试方法的原理，探讨了造成pH试纸测试干扰、两种常用方法测试pH值差异的原因，结合三种标准缓冲溶液、实验室三级水、五种盲样等的试验结果，明确了常用pH值测试方法的适用条件。
[关键词]pH值 pH试纸 pH计
中图分类号：U231.92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0331-03
1.引言
pH值是反应溶液酸碱性的量度，测定其结果用来确定溶液的酸碱性，在无机反应、有机合成、分析化学的离子鉴别等方面应用广泛。pH值为7的水溶液为中性，如纯水；pH值小于7说明H+浓度大于OH-浓度，为酸性溶液，pH值越小，酸性越强；pH值大于7说明H+浓度小于OH-浓度，为碱性溶液；pH值越大，碱性越强。常用的测试方法有pH指示剂（液）法、pH试纸法、pH计法等。由于直观、可操作性强等优点，在实际应用的多为后两者。通过大量的测试pH项目发现，部分溶液采用要求的pH试纸法无法获得结果，同一种溶液应用pH试纸不同区间范围获得pH结果不同，还有同一种样品应用pH试纸和pH计获得结果也有差别，若在反应终点或在临界值时，这种不同的结果差别会对反应终点判定、离子鉴别结果产生影响。通过分析pH试纸法、pH计法的测试原理，探讨了影响两种常用方法pH值测试结果的原因，根据pH标准缓冲溶液、实验室三级水、盲样等进行试验验证结果，提出两种常用测试方法的适用性建议。
2.原因分析及讨论
2.1 测试原理
pH试纸是由多种指示剂混合浸渍滤纸晾干后制得，是一种操作非常简单易行的测量方法。用洁净玻璃棒蘸取少量被测溶液于试纸中部，与试纸色阶对比，确定溶液体系pH值或pH值范围。
pH计（也称酸度计）是利用电极测定电位，再转化成pH值显示出来。测量机理是电极在被测溶液中，形成电化学原电池，通过测量的电动势转化为显示具体的pH值。电极是由传感电极和参比电极两部分组成的复合电极，由传感电极根据溶液体系中H+的浓度的大小存在不同的电位，依据Nernest方程，将检测的电压的变化对应成不同的pH值显示。
2.2 试验仪器及材料
pH计：PHB-5型、CT-6021A型；广泛pH试纸：1～14；精密pH试纸：0.5～5.0、3.8～5.4、5.4～7.0、6.4～8.0、5.5～9.0、12～14；0.10mol/L氢氧化钠标准溶液；三种pH计标准缓冲溶液，按照国标GB/T 603-2002《化学试剂 试验方法中所用制剂及制品的制备》中规定均在2个月的保质期内：25℃，pH=4.01（c=0.05mol/L邻苯二甲酸氢钾溶液）、25℃，pH=6.86（混合磷酸盐溶液：c=0.025mol/L的磷酸二氢钾和c=0.025mol/L的磷酸氢二钠溶液）、25℃，pH=9.18（c=0.01mol/L四硼酸钠溶液）；实验室三级水（山东东营）；多个盲样溶液（有测试pH值要求）及玻璃棒、洗瓶、玻璃烧杯等。
2.3 影响因素分析
结合pH值测试方法操作过程，从试验人员、仪器及材料、样品溶液、测试方法、测试环境条件等五个方面进行讨论，并进行相应的试验验证。
2.3.1 试验人员的主观影响
对于采用pH计测量，电位的变化不受人员的控制，对pH值测量结果不会产生根本上的影响。而采用pH试纸测量，pH试纸显色结果决定于测试人员的判断时间点和色阶确定值。在25℃条件下，四名试验人员采用PHB-5型pH计和 5.4～7.0、5.5～9.0精密pH试纸获得pH值见表1。
四名试验人员采用同一实验室三级水使用pH试纸获得结果存在0.6的差别，而采用pH计获得结果差别不明显，仅为0.03。因此，采用pH试纸测试时，不同测试人员会由于试验人员读取时间点及色阶判断差别造成读取结果的差别。当需要精确获得pH值时，可优先考虑pH计，降低选用pH试纸时客观存在的两种或多种结果的干扰。
2.3.2仪器设备的决定性影响
测试要求的仪器设备或材料，决定了pH值的测试结果。表2为选用广泛pH试纸、对应范围精密pH试纸以及pH计测试实验室三级水、三种标准缓冲溶液、0.1 mol/L氢氧化钠标准溶液的pH结果值情况。
从表2可以看出，标准缓冲溶液在pH计校准使用时与理论的pH结果一致；由于pH试纸显色过程中需要消耗一定量的H+或OH-的原因[1]，pH试纸获得结果普遍比pH计测得的结果偏小；广泛pH试纸法由于数值为整的缘故与pH计结果相比较不是偏大就是偏小。
2.3.3 溶液体系的决定性影响
溶液体系的组成决定了其所具有的pH结果，表3为25℃条件下，采用pH试纸和pH计测试五个盲样获得pH结果情况。
表3中，由于待测溶液的颜色干扰，盲样2#、3#、4#溶液采用pH试纸法无法获得pH结果，使用pH计则不受溶液颜色的干扰。
2.3.4 测量方法机理的根本区别
相同的溶液体系由于示值机理的不同，示值结果从测量原理本身就存在差别，表2的结果情况也说明这一点。因此，应针对溶液特性选择相应的测试方法。
2.3.5 环境条件的影响
测量环境条件主要包括两方面：温度和相对湿度。相对湿度不会对溶液的pH结果产生明显影响。温度对pH计法精密测试产生影响[2][3]。表3以邻苯二甲酸氢钾溶液为例，观察标准缓冲溶液pH结果随温度的变化情况。
对于空气中存在的CO2对含HCO-、CO32-等溶液的pH结果也会产生影响，pH试纸法不同时间读取的结果差别也说明了这一点（表4）。
温度对同种溶液，采用pH计测试结果差别超过0.05；对CO2敏感的溶液，当pH试纸在空气中放置时，pH结果在短时间内出现变化，差值接近1。
表5为pH计在20℃～25℃条件下，pH试纸在1s内，对三种标准缓冲溶液氢氧化钠标准溶液及五种盲样的pH测试结果情况。结果表明，在统一的温度条件下、明确的读取时间内，pH试纸与pH计结果趋势一致；pH试纸获得结果较pH计更快捷，pH计测定结果则更精确。
3.结论
采用pH试纸法和pH计法均可以确定溶液的酸碱性。当测定溶液pH结果精度要求较为宽泛时，可采用快捷的pH试纸法；当测定溶液本身的颜色存在干扰时，可应用pH计解决。
参考文献
[1] 周荣丰，江霜英，徐文英，等.pH试纸的使用与显色误差[J].给水排水，2003，29（12）：75～77.
[2] 凌育赵.两种测定溶液pH值方法的误差比较分析[J].韶关学院学报（自然科学版），2001，22（6）：36～38.
[3] 庞永宏.测pH值时应注意的问题[J].河北北方学院学报，2005，21（4）：80.
作者简介：
牛佳韵（1998.10--），女，学生，目前就读于东营胜利一中。
[关键词]pH值 pH试纸 pH计
中图分类号：U231.92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0331-03
1.引言
pH值是反应溶液酸碱性的量度，测定其结果用来确定溶液的酸碱性，在无机反应、有机合成、分析化学的离子鉴别等方面应用广泛。pH值为7的水溶液为中性，如纯水；pH值小于7说明H+浓度大于OH-浓度，为酸性溶液，pH值越小，酸性越强；pH值大于7说明H+浓度小于OH-浓度，为碱性溶液；pH值越大，碱性越强。常用的测试方法有pH指示剂（液）法、pH试纸法、pH计法等。由于直观、可操作性强等优点，在实际应用的多为后两者。通过大量的测试pH项目发现，部分溶液采用要求的pH试纸法无法获得结果，同一种溶液应用pH试纸不同区间范围获得pH结果不同，还有同一种样品应用pH试纸和pH计获得结果也有差别，若在反应终点或在临界值时，这种不同的结果差别会对反应终点判定、离子鉴别结果产生影响。通过分析pH试纸法、pH计法的测试原理，探讨了影响两种常用方法pH值测试结果的原因，根据pH标准缓冲溶液、实验室三级水、盲样等进行试验验证结果，提出两种常用测试方法的适用性建议。
2.原因分析及讨论
2.1 测试原理
pH试纸是由多种指示剂混合浸渍滤纸晾干后制得，是一种操作非常简单易行的测量方法。用洁净玻璃棒蘸取少量被测溶液于试纸中部，与试纸色阶对比，确定溶液体系pH值或pH值范围。
pH计（也称酸度计）是利用电极测定电位，再转化成pH值显示出来。测量机理是电极在被测溶液中，形成电化学原电池，通过测量的电动势转化为显示具体的pH值。电极是由传感电极和参比电极两部分组成的复合电极，由传感电极根据溶液体系中H+的浓度的大小存在不同的电位，依据Nernest方程，将检测的电压的变化对应成不同的pH值显示。
2.2 试验仪器及材料
pH计：PHB-5型、CT-6021A型；广泛pH试纸：1～14；精密pH试纸：0.5～5.0、3.8～5.4、5.4～7.0、6.4～8.0、5.5～9.0、12～14；0.10mol/L氢氧化钠标准溶液；三种pH计标准缓冲溶液，按照国标GB/T 603-2002《化学试剂 试验方法中所用制剂及制品的制备》中规定均在2个月的保质期内：25℃，pH=4.01（c=0.05mol/L邻苯二甲酸氢钾溶液）、25℃，pH=6.86（混合磷酸盐溶液：c=0.025mol/L的磷酸二氢钾和c=0.025mol/L的磷酸氢二钠溶液）、25℃，pH=9.18（c=0.01mol/L四硼酸钠溶液）；实验室三级水（山东东营）；多个盲样溶液（有测试pH值要求）及玻璃棒、洗瓶、玻璃烧杯等。
2.3 影响因素分析
结合pH值测试方法操作过程，从试验人员、仪器及材料、样品溶液、测试方法、测试环境条件等五个方面进行讨论，并进行相应的试验验证。
2.3.1 试验人员的主观影响
对于采用pH计测量，电位的变化不受人员的控制，对pH值测量结果不会产生根本上的影响。而采用pH试纸测量，pH试纸显色结果决定于测试人员的判断时间点和色阶确定值。在25℃条件下，四名试验人员采用PHB-5型pH计和 5.4～7.0、5.5～9.0精密pH试纸获得pH值见表1。
四名试验人员采用同一实验室三级水使用pH试纸获得结果存在0.6的差别，而采用pH计获得结果差别不明显，仅为0.03。因此，采用pH试纸测试时，不同测试人员会由于试验人员读取时间点及色阶判断差别造成读取结果的差别。当需要精确获得pH值时，可优先考虑pH计，降低选用pH试纸时客观存在的两种或多种结果的干扰。
2.3.2仪器设备的决定性影响
测试要求的仪器设备或材料，决定了pH值的测试结果。表2为选用广泛pH试纸、对应范围精密pH试纸以及pH计测试实验室三级水、三种标准缓冲溶液、0.1 mol/L氢氧化钠标准溶液的pH结果值情况。
从表2可以看出，标准缓冲溶液在pH计校准使用时与理论的pH结果一致；由于pH试纸显色过程中需要消耗一定量的H+或OH-的原因[1]，pH试纸获得结果普遍比pH计测得的结果偏小；广泛pH试纸法由于数值为整的缘故与pH计结果相比较不是偏大就是偏小。
2.3.3 溶液体系的决定性影响
溶液体系的组成决定了其所具有的pH结果，表3为25℃条件下，采用pH试纸和pH计测试五个盲样获得pH结果情况。
表3中，由于待测溶液的颜色干扰，盲样2#、3#、4#溶液采用pH试纸法无法获得pH结果，使用pH计则不受溶液颜色的干扰。
2.3.4 测量方法机理的根本区别
相同的溶液体系由于示值机理的不同，示值结果从测量原理本身就存在差别，表2的结果情况也说明这一点。因此，应针对溶液特性选择相应的测试方法。
2.3.5 环境条件的影响
测量环境条件主要包括两方面：温度和相对湿度。相对湿度不会对溶液的pH结果产生明显影响。温度对pH计法精密测试产生影响[2][3]。表3以邻苯二甲酸氢钾溶液为例，观察标准缓冲溶液pH结果随温度的变化情况。
对于空气中存在的CO2对含HCO-、CO32-等溶液的pH结果也会产生影响，pH试纸法不同时间读取的结果差别也说明了这一点（表4）。
温度对同种溶液，采用pH计测试结果差别超过0.05；对CO2敏感的溶液，当pH试纸在空气中放置时，pH结果在短时间内出现变化，差值接近1。
表5为pH计在20℃～25℃条件下，pH试纸在1s内，对三种标准缓冲溶液氢氧化钠标准溶液及五种盲样的pH测试结果情况。结果表明，在统一的温度条件下、明确的读取时间内，pH试纸与pH计结果趋势一致；pH试纸获得结果较pH计更快捷，pH计测定结果则更精确。
3.结论
采用pH试纸法和pH计法均可以确定溶液的酸碱性。当测定溶液pH结果精度要求较为宽泛时，可采用快捷的pH试纸法；当测定溶液本身的颜色存在干扰时，可应用pH计解决。
参考文献
[1] 周荣丰，江霜英，徐文英，等.pH试纸的使用与显色误差[J].给水排水，2003，29（12）：75～77.
[2] 凌育赵.两种测定溶液pH值方法的误差比较分析[J].韶关学院学报（自然科学版），2001，22（6）：36～38.
[3] 庞永宏.测pH值时应注意的问题[J].河北北方学院学报，2005，21（4）：80.
作者简介：
牛佳韵（1998.10--），女，学生，目前就读于东营胜利一中。