pH測量--pH理論指南

pH測量指南——pH應用的實驗室理論

此《pH理論指南》著重于提供關于如何在實驗室和現場環境中測量pH的明確和實用說明。 其中針對重要點提供了大量技巧和提示，并在稍后通過酸堿測量的理論說明來支持整個測量說明。 此外，還應注意可用的不同種類的pH電極以及為特定樣品選擇適合電極的標準。

pH簡介

為什么我們將諸如醋之類的日用液體劃分為酸性物質？ 原因是醋中含有過量的水合氫離子（H₃O⁺），溶液中的這些過量水合氫離子會使其呈酸性。 相反，過量的氫氧根離子（OH^–）會使物質呈堿性。 在純凈水當中，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.

酸堿相互反應便生成了水。 如果一種物質的分子通過分解釋放出氫離子或質子，那么我們將這種物質稱為酸性物質，溶液呈酸性。 耳熟能詳的酸性物質為鹽酸、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度。 究竟一種物質的酸性程度如何，可通過溶液中的氫離子總數判定。 于是，將pH值定義為氫離子濃度的負對數。 （更準確地說，是通過氫離子的活度來判定）。 請參閱章節4.2了解關于氫離子活度的更多詳情）。

pH = –log [H₃O⁺]

圖3. 通過水合氫離子濃度計算pH值的公式。

可通過測量pH值可定量地確定酸性與堿性物質的差別。 圖4中給出了一些日用產品與化學品的pH值的示例：

為了確保pH值測量，必須首先選擇正確的電極。

要考慮的重要的樣品標準是： 化學成分、均勻性、溫度、pH值范圍與容器尺寸（長度與寬度限制）。 對于非水、低電導率、富含蛋白質與粘性的測量介質，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，導致測量錯誤。

電極的響應時間與度取決于諸多因素。 與在室溫條件下對中性pH水溶液進行的測量相比，在pH值和溫度或者低電導率條件下進行的測量的響應時間較長。

下面的內容將解釋了針對不同類型的介質選用合適的電極的重要性。 重申一點，本章中主要討論pH復合電極。

圖14. 帶有陶瓷液絡部的電極。

a) 陶瓷液絡部

pH電極所包含的用于保持與被測樣品
接觸的參比元件開口可具有許多不同類型。 由于
測量不同樣品時對電極的要求不同，因此新
的類型會不斷開發出來。 “標準”液絡部
是簡單的一種，稱為陶瓷液絡部。 它由
多孔陶瓷構成，可將其推入電極
的玻璃管內。 這種多孔陶瓷材料
可使電解液緩慢流出電極，而防止其無節制流出。
此類液絡部非常適合在水
溶液中執行的標準測量； 梅特勒-托利多InLab®Routine Pro就是此類
電極的一個示例。 有關此液絡部的原理的
示意圖，請見下面的圖14。