pH測(cè)量--pH理論指南

pH測(cè)量指南——pH應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)室理論

此《pH理論指南》著重于提供關(guān)于如何在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中測(cè)量pH的明確和實(shí)用說(shuō)明。 其中針對(duì)重要點(diǎn)提供了大量技巧和提示，并在稍后通過(guò)酸堿測(cè)量的理論說(shuō)明來(lái)支持整個(gè)測(cè)量說(shuō)明。 此外，還應(yīng)注意可用的不同種類(lèi)的pH電極以及為特定樣品選擇適合電極的標(biāo)準(zhǔn)。

pH簡(jiǎn)介

為什么我們將諸如醋之類(lèi)的日用液體劃分為酸性物質(zhì)？ 原因是醋中含有過(guò)量的水合氫離子（H₃O⁺），溶液中的這些過(guò)量水合氫離子會(huì)使其呈酸性。 相反，過(guò)量的氫氧根離子（OH^–）會(huì)使物質(zhì)呈堿性。 在純凈水當(dāng)中，水合氫離子與氫氧根離子中和，這種溶液的pH值為中性。

H₃O⁺ + OH^– ↔ 2 H₂O

圖 1.

酸堿相互反應(yīng)便生成了水。 如果一種物質(zhì)的分子通過(guò)分解釋放出氫離子或質(zhì)子，那么我們將這種物質(zhì)稱(chēng)為酸性物質(zhì)，溶液呈酸性。 耳熟能詳?shù)乃嵝晕镔|(zhì)為鹽酸、硫酸和醋酸（即：醋）。 醋的分解圖如下：

CH₃COOH + H₂O ↔ CH₃COO^– + H₃O⁺

圖2. 醋酸分解。

并非所有的酸都具有相同的強(qiáng)度。 究竟一種物質(zhì)的酸性程度如何，可通過(guò)溶液中的氫離子總數(shù)判定。 于是，將pH值定義為氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)。 （更準(zhǔn)確地說(shuō)，是通過(guò)氫離子的活度來(lái)判定）。 請(qǐng)參閱章節(jié)4.2了解關(guān)于氫離子活度的更多詳情）。

pH = –log [H₃O⁺]

圖3. 通過(guò)水合氫離子濃度計(jì)算pH值的公式。

可通過(guò)測(cè)量pH值可定量地確定酸性與堿性物質(zhì)的差別。 圖4中給出了一些日用產(chǎn)品與化學(xué)品的pH值的示例：

為了確保pH值測(cè)量，必須首先選擇正確的電極。

要考慮的重要的樣品標(biāo)準(zhǔn)是： 化學(xué)成分、均勻性、溫度、pH值范圍與容器尺寸（長(zhǎng)度與寬度限制）。 對(duì)于非水、低電導(dǎo)率、富含蛋白質(zhì)與粘性的測(cè)量介質(zhì)，這種選擇尤為重要，在這些樣品中，通用型玻璃電極易于受到多種不同影響，導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤。

電極的響應(yīng)時(shí)間與度取決于諸多因素。 與在室溫條件下對(duì)中性pH水溶液進(jìn)行的測(cè)量相比，在pH值和溫度或者低電導(dǎo)率條件下進(jìn)行的測(cè)量的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。

下面的內(nèi)容將解釋了針對(duì)不同類(lèi)型的介質(zhì)選用合適的電極的重要性。 重申一點(diǎn)，本章中主要討論pH復(fù)合電極。

圖14. 帶有陶瓷液絡(luò)部的電極。

a) 陶瓷液絡(luò)部

pH電極所包含的用于保持與被測(cè)樣品
接觸的參比元件開(kāi)口可具有許多不同類(lèi)型。 由于
測(cè)量不同樣品時(shí)對(duì)電極的要求不同，因此新
的類(lèi)型會(huì)不斷開(kāi)發(fā)出來(lái)。 “標(biāo)準(zhǔn)”液絡(luò)部
是簡(jiǎn)單的一種，稱(chēng)為陶瓷液絡(luò)部。 它由
多孔陶瓷構(gòu)成，可將其推入電極
的玻璃管內(nèi)。 這種多孔陶瓷材料
可使電解液緩慢流出電極，而防止其無(wú)節(jié)制流出。
此類(lèi)液絡(luò)部非常適合在水
溶液中執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量； 梅特勒-托利多InLab®Routine Pro就是此類(lèi)
電極的一個(gè)示例。 有關(guān)此液絡(luò)部的原理的
示意圖，請(qǐng)見(jiàn)下面的圖14。