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PH测量手册1
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1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 2.2. 2.3. 2.4. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 4.1.
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= ée 测量指南=
=
梅特勒-托利多
学术快讯
1
pH 测量指南
–实验室 pH 原理与应用
目录
1
pH 测量入门
测量入门测量入门
测量入门
1.1.
酸性或碱性
1.2.
为什么需要测量 pH 值?
1.3.
pH 测量工具
a) 指示电极
b) 参比电极
c) 复合电极
1.4.
如何准确测量 pH 值?
a) 样品制备
b) 校准
c) pH 电极
d) 所需精度
pH 测量步骤
2.
电极的选择与维护
电极的选择与维护电极的选择与维护
电极的选择与维护
2.1
不同类型的液络部
a) 陶瓷液络部
b) 套筒式液络部/球形玻璃液络部
c) 开放式液络部
2.2.
参比系统与电解液
2.3.
玻璃膜类型与形状
2.4.
pH 电极的分类应用
普通样品
污浊样品
乳浊液
半固体或固体样品
平面样品和极微量样品
微量样品和特殊容器样品
InLab Power (Pro)
2.5
电极的维护
2.6.
电极的储存
短时间储存
长时间储存
温度探头
2.7.
电极清洗
硫化银堵塞 (Ag
2
S)
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2
氯化银堵塞 (AgCl)
蛋白质堵塞
其它原因堵塞
2.8.
电极的再生与寿命
2.9.
附加说明
3.
pH 测量问题解决指南
测量问题解决指南测量问题解决指南
测量问题解决指南
3.1.
检查仪表和电缆
3.2.
检查样品温度和应用范围
3.3.
检查缓冲液和校准步骤
缓冲液使用技巧
3.4.
检查电极
4.
pH 原理知识
原理知识原理知识
原理知识
4.1.
pH 值的定义
4.2.
浓度与活度的关系
4.3.
缓冲溶液
缓冲能力 (ß)
稀释值 e ( pH)△
温度的影响 ( p△ H/ T)△
4.4.
pH 测量中的原电池
指示电极
参比电极
4.5.
pH 校准的设置
4.6.
温度对 pH 的影响
温度对电极的影响
等温交叉点
更多的温度现象
温度对测量样品的影响
4.7.
测量特殊样品
碱误差
酸误差
参比电解液发生反应
有机溶剂
5.
附录
附录附录
附录
5.1.
METTLER TOLEDO 缓冲溶液温度对照表
本指南深入简出地介绍了实验室中测量 pH 的原理与应用。同时提供了大量测量过程中
的提示与技巧,为介绍酸碱值的测量理论打下了基础。也介绍了各种类型 pH 电极的应
用,和针对不同样品,选择电极的标准。
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梅特勒-托利多
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3
1. pH 测量入门
1.1. 酸 性 或
酸 性 或酸 性 或
酸 性 或
碱性
碱性碱性
碱性?
??
?
为什么我们把醋列为酸类?原因是醋中含有过量的水合氢离子(H3O
+
),溶液中过量的水合
氢离子,会使溶液呈酸性。相反含有过量氢氧根离子(OH
–
)的溶液,则呈碱性。在纯水体
系中水合氢离子和氢氧根离子相互中和。我们称这种溶液的 pH 值为中性。
3 2
2
H O OH H O
+ −
+ ↔
图 1. 酸与碱形成水的反应
凡是能释放出氢离子或质子的物质叫酸,此溶液既为酸性。盐酸、硫酸、醋酸或醋是一
些众所周知的酸。以下是醋酸的分解式:
3 2 3 3
CH COOH H O CH COO H O
− +
+ ↔ +
图 2. 醋酸的分解式
不是每一种酸的酸性都一样强。溶液的确切酸度,是由溶液中氢离子总数所决定的。pH
值的定义是指溶液中氢离子浓度的负对数(准确地说,是由溶液中氢离子的活度所决定)。
(更多关于氢离子的活度知识,请参考 4.2 章)
3
-log
pH H O
+
=
图 3. pH 值计算公式.
通过 pH 值测量,物质的酸碱度可以进行量化。图 4 列出了一些日常用品和化学制品的
pH 值。
食品饮料
食品饮料食品饮料
食品饮料/生活用品
生活用品生活用品
生活用品
化学品
化学品化学品
化学品
图 4. 日常用品和化学品的 pH 值
pH7 至 14 属于碱性范围,在此范围中氢氧根离子(OH–)过量。这种溶液的 pH 值是由
溶于水溶液的碱基所造成的,碱基分解释放出的氢氧根离子使溶液呈碱性。氢氧化钠、
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梅特勒
-
托利多
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4
氨水和碳酸盐是众所周知的碱。
3 2 4
NH H O NH OH
+ −
+ ↔ +
图 5. 氨和水的反应式
水溶液的 pH 范围包括酸性范围和碱性范围,数值从 0 至 14。 pH0 至 7 称为酸性, pH7
至 14 称为碱性,pH 为 7 时,则称为中性。
1.2. 为 什 么
为 什 么为 什 么
为 什 么
需要测量
需要测量需要测量
需要测量 pH?
测量 pH 主要有以下几个原因:
• 制造性质稳定的产品 – 生产过程中,为了确保得到所期望的产品,调控 pH 值至
关重要。pH 值能明显的改变最终产品的性状与口味。
• 减少生产成本 – 这和上述的原因相关。如果在特定的 pH,产量能达到最高,当然
生产的成本自然就节约了。
• 减少对人类、资产和环境的危害 – 有些产物在特定的 pH 会产生危害性。为了保护
人类与资产的安全,我们对排放到环境中的有害物质应严格控制。判断物质是否有
危害性,第一步就是测量它的 pH 值。
• 实现管理法规的要求 – 如上所述,一些产物具有危害性。政府机构为保护人民免
受危险物质的伤害,制订相应的管理法规。
• 保护设备、设施 – 生产线上一些生产设备直接和反应物接触,如果不适当地控制
pH 值,就会造成设备腐蚀。因此为了避免腐蚀造成的生产线寿命减短,我们应该对
pH 进行监控。
• 进行研发 – 在研发过程中,比如研究生物化学工艺,pH 值是一个非常重要的参考
参数,往往会影响最后研究的成果。
• 以上这些例子介绍了各种应用中 pH 的重要性,解释了 pH 为什么需要测量。
1.3. pH 测量
测量测量
测量
工具
工具工具
工具
测量 pH 必须使用对氢离子敏感的指示电极。测量的原理是使用一个对氢离子感应的玻
璃膜传感器,检测传感器与样品溶液间产生的信号。然而,单单有 pH 电极的指示电位是
不够的,我们还需要第二电极。第二电极可以为指示电极提供稳定的参比信号或电位。
测量 pH 值必须一起使用这两种不同电位的电极。pH 电极根据氢离子浓度而产生电信号,
电信号的大小决定了溶液的酸碱度。
参比电极则对氢离子浓度无响应,因此可以为 pH 指示电极提供相同、稳定的电位
两电极间的电位可决定溶液的 pH 值,即溶液中氢离子的数量。电位与溶液中氢离子浓
度呈线性函数关系,函数公式见图 6:
E
= E
0
+ 2.3RT / nF * log [H
3
O
+
]
E
=测量电位
E
0
=常数
R
=气体常数
T
=开氏温度
N
=离子价数
F
=法拉第常数
图 6. 溶液中氢离子浓度与 pH 电极的输出电位的关系。
= ée 测量指南=
=
梅特勒
-
托利多
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5
图7. pH电极和参比电极测量
图7中 pH测量由两个独立的电极组成,如图中的pH指示电极和参比电极。如今两个独立
的电极合并为一支复合电极已经十分普遍。这三种电极各有特点和其应用领域。
a) pH 电极
电极电极
电极
pH电极是直接响应溶液中pH的部分。它由玻璃杆、玻璃氢离子敏感膜组成。敏感膜与水
性溶液接触时,其外部会形成一层凝胶层。同时由于电极内部充满水性电解质溶液,膜
内部也有一层凝胶。凝胶层的实例请见下图:
图 8. 玻璃膜界面图
凝胶层内和周围的氢离子根据测试溶液中氢离子的浓度即pH不同,会发生渗出或渗入凝
胶层。如果溶液是碱性的,H
+
将会向外渗出,膜外就形成了负电荷。由于玻璃电极内部
的电解液拥有恒定的pH值,测量过程中膜内部表面的电位保持恒定。如此造成了pH电极
的内部和外部的电荷不同。
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奔跑的楠子
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