图1 若干典型物质的pH值

准确把握pH值的含义对于分析任务的建立至关重要，也是实验成功的重要条件，本文介绍了几种pH的测量方法及应用方法。

对于一项实验室分析任务，pH值的测量往往是最基础的实验手段，但pH的测量研究经常不受重视，然而看似简单的pH值测量却能影响到整个实验过程。为了更好地辨识测定误差，熟悉一些pH测量的基础知识是很重要的，本文将解答一些有关pH值测量的基本问题。

活度与浓度

所谓pH值是指氢离子活度的常用对数的负值，pH = -lgα(H+）。它涵盖1014测量范围。值得注意的是，这里涉及的氢离子活度不是浓度，溶液中离子的活度与温度有关。

水离解公式： H2OH+ + OH-。

水的离子积（25℃时）定义如下：KW =［H+］·［OH-］= 10-14［mol/L］。

中性溶液时：［H+］=［OH--］= 10-7［mol/L］。

活度是活度系数y与相应溶质实际浓度c的乘积，系数y 始终小于1（a = y·c）。

准确地说，活度是一种存在于溶液中化学物质的“有效”浓度。在实际溶液中，活度总是小于其实际浓度。只有在理想（即无限稀释）溶液中，所溶解的质点在溶剂分子的作用下，互相保持的足够距离，彼此之间才没有相互影响。

活度与浓度之间的明显差异表现在实际的离子溶液中，此时溶质的电荷彼此产生强烈的交互作用。为了正确描述这样的溶液，在质量作用定律中必须始终采用活度而非浓度计量。

图2 一种ISEFT的传感器

pH测量方法比较

测量pH值最简单的方法是使用pH试纸。试纸的pH范围已知，使用起来也十分方便，但缺点在于pH试纸测量法通常不够准确，因为颜色转变点通常与使用者的主观判断有关。

测量pH值的另一方法是安培法，理论基础是两种金属之间联用时能构成提供电流的电解池。由于氢离子参与反应，故池压与pH值有关。安培法的优点是方法简单，但是样品组成对于测量结果有极大影响。在极强酸性和极强碱性溶液中，由于pH玻璃膜效应，使得pH值的测量仅有较小的实用价值，这一特殊情况下可应用电导法。根据电导法的测量原理，膜效应影响不大。此外，电导值不能直接换算成氢离子活度，仅提供一个总的参数，这种方法也只是在较低的离子浓度时才有可靠性和重现性。

另外一种用于测量pH值的新颖方法是离子敏感场效应晶体管法（ISEFT），ISEFT方法借助于用绝缘体分开的电压源极和漏极（源和沟道）晶体管。绝缘体（栅）由金属氧化物构成，介质中的氢离子可在上面聚集，如同在玻璃电极上一样，其外层产生的正电荷会在栅的内层构成“镜面对称”，从而产生负电荷，于是栅就具有了导电性。溶液的pH值越低，就有越多的氢离子聚集于栅上，可以测到流经源极和漏极之间更多的电流。ISEFT传感器的行为也可以用能斯特方程式描述。一种ISEFT装置可以做成很小的尺寸，场效应晶体管本身大小仅为0.2mm2。这种方法的缺点在于使用寿命较短，稳定性较差，绝缘层的渗漏作用使得使用寿命仅为数周。

当前最好的选择当属pH电极，没有任何其他的测量系统能够在如此宽广的pH范围内具有类似的可靠性和快捷性，但它也有缺点，由于玻璃的机械强度较差，所以很容易破碎。

今天，测定H+离子活度的pH值测量已经广泛应用于生产部门、原材料和产品质量控制领域以及控制化学反应等方面，具有玻璃膜的快速连接的pH单棒式测量链标准件也得到了广泛应用。

哪些情况需要测量pH值？

制药业和化学工业的质量控制和反应控制。

食品生产：质量标记（肉类从宰杀后的pH变化）；耐久性（有害细菌的繁殖与pH值有关）；微生物食品的控制与监测。

奶业的质量控制：新鲜牛奶的pH值应为6.5~6.8。放置后pH值下降，牛奶变酸,凝结时pH值为4.7。

面包业的质量控制和有效制作：生面团只是在较低的pH值条件下才能很好地发酵，面包在较高的pH值条件下体积会缩小，又干又硬。