pH 计的两点校准与样品测定

一支零点和斜率都未知的玻璃复合电极:用 pH 4.01、7.00、10.01 缓冲液校准,测量乙酸、氨缓冲液、强碱高钠溶液和一份未知缓冲液,最后揭晓电极参数,找出哪些读数被外推误差或钠误差带偏了。

难度 ●○○ 约 20 分钟

实验目的 正确校准 pH 计,计算电极的斜率效率和零点,并测定未知缓冲液的 pH。
玻璃电极 + Ag/AgCl 复合电极 · 25 °C

pH 计的两点校准

把电极放入
4.01缓冲7.00缓冲10.01缓冲ABC?7.14pHSTABLE 25.0 °CCALREADMODE
读数稳定 · −8.6 mV

出厂设置:0 mV = pH 7,斜率 100 %(尚未校准)

样品读数

—

02468101214pH−400−2000200400电势 / mV
  • 仪器的校准线
  • 校准点
电极的电势由能斯特方程计算:E = E₀ − β·(59.16 mV)·(pH − 7),再加上钠误差(K(H⁺, Na⁺) = 10⁻¹¹);零点 E₀(±18 mV)和效率 β(95–99.7 %)由电极编号经确定性哈希生成,校准前不可见。样品的真实 pH 由酸碱内核精确计算(理想溶液)。读数按 τ = 0.7 s 的指数规律趋于稳定(示意,真实电极常需 10–30 s);缓冲液的温度系数、液接电势的变化和电极的迟滞都未建模。

操作步骤

  1. 把电极放入 pH 7.00 缓冲液,等读数稳定后按“用此缓冲液校准”,记下零点(mV)。
  2. 先只用这一点校准,测量样品 A(乙酸)和 B(氨缓冲液),记录显示的 pH。
  3. 再用 pH 4.01 缓冲液完成两点校准,读出斜率效率;重新测量 A 与未知样。碱性样品 B、C 用 7.00 与 10.01 重新校准后再测。
  4. 切换到 mV 显示,观察电极从一种溶液换到另一种时读数怎样逐渐稳定。
  5. 揭晓真实 pH 和电极参数,计算每个读数的误差,并解释误差来源。

注意观察

  • 只用一个缓冲液时,样品离 pH 7 越远,读数误差越大:仪器假定了 100 % 的斜率。
  • 两点校准后,落在两个缓冲液之间的样品读数与真值相差不到 0.01。
  • 0.10 M NaOH + 0.90 M NaCl 的真实 pH 是 13.0,通用玻璃电极却只显示约 11——这是钠误差,任何校准都无法消除。
  • 电极的斜率效率在 95–100 % 之间,零点在几毫伏到十几毫伏之间,每支电极都不同。

真实实验室

  • 每换一种溶液都要用蒸馏水冲洗电极并用滤纸轻轻吸干,不要擦拭玻璃泡,以免产生静电和划伤。
  • 缓冲液和样品要在同一温度下测量,或使用自动温度补偿;缓冲液开瓶后会吸收 CO₂,碱性缓冲液尤其如此,应定期更换。
  • 电极不用时浸泡在 3 M KCl 储存液中,不要泡在蒸馏水里;液接界堵塞会使读数漂移、响应变慢。
  • 测量强碱、高钠样品要用低钠误差电极;含蛋白质或油脂的样品测后要清洗电极膜。

全部实验