浅析pH测量的温度补偿与溶液补偿(下)

​相比于针对电极进行补偿的温度补偿，针对溶液自身pH变化进行的溶液补偿在应用上就没有那么广泛。溶液补偿所补偿的是被测溶液本身的pH值随温度变化而变化的化学特性。这是因为水的电离平衡常数（Kw）以及溶液中各种组分的电离平衡常数都会随温度变化。例如，纯中性水的pH值在25℃时为7.0，但在0℃时上升至约7.5，在60℃时下降至约6.5。相当于一个在25℃时pH为7.0的溶液，被加热到60℃后，它的化学性质决定了它此时的pH值就是约6.5，但实际上这个溶液还是中性的，所以需要将此时的pH值换算成标准温度下(25℃)的等效pH值以便更直观地去参考，这就是溶液补偿。

要实现溶液补偿，首先就是要确保当前测量的pH值是经过了准确温度补偿的。只有先确保pH电极的斜率被修正才能反映出溶液在当前温度下的真实pH值。还需要知道溶液的pH-温度系数，这是进行换算的关键参数。它表示该溶液的pH值随温度变化的速率，单位通常是 pH/℃，记为α，这是溶液特有的属性，其大小和符号（正或负）取决于溶液的化学成分。对于已知溶液可以查阅溶液供应商提供的技术数据表获得，未知溶液则需要通过实验测定不同温度下的pH进行拟合。之后通过补偿公式计算：

pH(25) = pH(T) + [α × (T - 25)]

pH(25): 换算到25℃参考温度下的目标pH值。

pH(T): 在实际温度T下，经pH计温度补偿后测得的读数。

α: 该溶液的pH-温度系数 (pH/℃)。

T: 溶液的实际测量温度 (℃)。

温度补偿和溶液补偿对比，可以知道温度补偿是对pH电极进行补偿，而溶液补偿则是直接对待测溶液进行补偿。温度补偿是需要解决pH电极斜率随温度的变化而变化的问题，溶液补偿是解决溶液自身pH值随温度变化的问题。pH温度补偿时仪表会根据当前待测溶液的实际温度来自动修正电极斜率，从而得到一个正确的pH值；而溶液补偿则需要知道当前待测溶液的温度系数，并根据这个温度系数计算出参考温度(25℃)下的pH值，其中的难点就在于获得未知溶液的温度系数，这也导致了溶液补偿应用没有温度补偿广泛。温度补偿是pH测量中必须要进行的一步，它保证了仪表测得数据的准确性。而溶液补偿只是需要在特定情况下例如需要精细比较数据时进行。通俗来讲温度补偿更像是修正尺子上的刻度，当温度改变时尺子长度发生变化导致尺子上的刻度不再准确，所以需要修正尺子本身。溶液补偿就像是一根铁棒因温度变化而发生了热胀冷缩导致它在当前温度下的长度变化了，我们需要把他当前温度下的长度换算成标准温度下的长度。

在生产生活中，很多产品的标准是在25℃确定的，但实际生产过程肯定没法确保温度始终是25℃，这时就需要将实际测得的pH值通过溶液补偿到25℃。我们经常习惯用25℃时的pH值来判断溶液是酸性、中性还是碱性，将其他温度的pH值通过溶液补偿到25℃也能更加直观地看出溶液的酸碱性。

例如啤酒生产中的糖化过程控制中，醪液的pH对酶活性和最后啤酒品质至关重要。工艺标准通常规定在20℃下测量的目标pH范围。但问题是糖化过程本身在50℃以上的高温中进行。质检人员需要从热糖化锅中取样，之后再等待样品冷却至室温再测量就会严重延误生产，所以就需要通过溶液补偿得出醪液规定温度下的等效pH。质检人员需要将pH电极插入热样品中，pH计显示当前温度为 55℃，经过自动温度补偿后的pH读数为 pH(55) = 5.60。因为啤酒醪液的成分相对固定，通过历史数据或实验测定，其pH-温度系数约为 -0.008 pH/℃。再使用溶液补偿公式对等效pH进行计算：pH(20) = 5.60 + [-0.008 × (55 - 20)]得出pH(20) =5.32。工艺要求20℃下的目标pH为5.2-5.4。计算出的 5.32 处于目标范围内，操作人员可以判定糖化过程正常，无需调整。这使得生产人员能够实时根据与标准温度一致的数据做出快速决策。

在实际应用中，需要先做好仪器的校准，并启用自动温度补偿ATC。在校准时尽量让标准溶液和待测溶液在同一温度下，这样温度补偿就能发挥最优效果。如果需要和标准情况下指定的标准进行比较时，条件允许的话尽量让标准溶液和待测溶液都处于25℃，这就避免了温度补偿和溶液补偿可能带来的误差，如果没法保证在25℃的条件下测量，那就要确保仪器进行了温度补偿后再对待测溶液进行溶液补偿。

pH的温度补偿和溶液补偿这两个概念容易混淆，实际上他们补偿的主体并不一样。但目的都是为了保证测出来的数据具有准确性和参考性，从而进一步确保生产工作准确无误，实际使用中需要根据不同的需求选择不同补偿方式得到的数据。