pH测量--pH理论指南
指南

pH测量--pH理论指南

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准确无误的pH测量取决于可靠的仪器和电极。 正确选择设备、处理和维护对于获得较佳结果和延长仪器使用寿命至关重要。
准确无误的pH测量取决于可靠的仪器和电极。 正确选择设备、处理和维护对于获得较佳结果和延长仪器使用寿命至关重要。

pH测量指南——pH应用的实验室理论


此《pH理论指南》着重于提供关于如何在实验室和现场环境中测量pH的明确和实用说明。 其中针对重要点提供了大量技巧和提示,并在稍后通过酸碱测量的理论说明来支持整个测量说明。 此外,还应注意可用的不同种类的pH电极以及为特定样品选择适合电极的标准。
 

目录:

  • pH简介
  • 电极选择和操控
  • pH测量的故障排除指南
  • pH理论详述

 

下载免费的《pH理论指南》,了解准确无误的pH测量的基础知识。 从我们的pH专家处获取在实验室和现场环境中日常工作的快捷技巧和提示。

预览《pH理论指南》:

1. pH简介

为什么我们将诸如醋之类的日用液体划分为酸性物质? 原因是醋中含有过量的水合氢离子(H3O+),溶液中的这些过量水合氢离子会使其呈酸性。 相反,过量的氢氧根离子(OH)会使物质呈碱性。 在纯净水当中,水合氢离子与氢氧根离子中和,这种溶液的pH值为中性。

H3O+ + OH ↔ 2 H2O

图 1.

酸碱相互反应便生成了水。 如果一种物质的分子通过分解释放出氢离子或质子,那么我们将这种物质称为酸性物质,溶液呈酸性。 较耳熟能详的酸性物质为盐酸、硫酸和醋酸(即:醋)。 醋的分解图如下:

CH3COOH + H2O ↔ CH3COO + H3O+

图2. 醋酸分解。

并非所有的酸都具有相同的强度。 究竟一种物质的酸性程度如何,可通过溶液中的氢离子总数判定。 于是,将pH值定义为氢离子浓度的负对数。 (更准确地说,是通过氢离子的活度来判定)。 请参阅章节4.2了解关于氢离子活度的更多详情)。

pH = –log [H3O+]

图3. 通过水合氢离子浓度计算pH值的公式。

可通过测量pH值可定量地确定酸性与碱性物质的差别。 图4中给出了一些日用产品与化学品的pH值的示例:

 

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1.1.   酸性还是碱性
1.2.   为什么测量pH值?
1.3.   用于测量pH值的工具
         a) pH电极
         b) 参比电极
         c) 复合电极
1.4.   正确测量pH值的实用指南
         a) 样品制备
         b) 校准
         c) pH电极
         d) 预计测量准确性
1.5   pH测量的详细操作指南

2. 电极选择和操控

为了确保较佳的pH值测量,必须首先选择正确的电极。


要考虑的较重要的样品标准是: 化学成分、均匀性、温度、pH值范围与容器尺寸(长度与宽度限制)。 对于非水、低电导率、富含蛋白质与粘性的测量介质,这种选择尤为重要,在这些样品中,通用型玻璃电极易于受到多种不同影响,导致测量错误。

电极的响应时间与精确度取决于诸多因素。 与在室温条件下对中性pH水溶液进行的测量相比,在极端pH值和温度或者低电导率条件下进行的测量的响应时间较长。

下面的内容将解释了针对不同类型的介质选用合适的电极的重要性。 重申一点,本章中主要讨论pH复合电极。

 

pH测量--pH理论指南
图14. 带有陶瓷液络部的电极。

a) 陶瓷液络部

pH电极所包含的用于保持与被测样品
接触的参比元件开口可具有许多不同类型。 由于
测量不同样品时对电极的要求不同,因此新
的类型会不断开发出来。 “标准”液络部
是较简单的一种,称为陶瓷液络部。 它由
多孔陶瓷构成,可将其推入电极
的玻璃管内。 这种多孔陶瓷材料
可使电解液缓慢流出电极,而防止其无节制流出。
此类液络部非常适合在水
溶液中执行的标准测量; 梅特勒-托利多InLab®Routine Pro就是此类
电极的一个示例。 有关此液络部的原理的
示意图,请见下面的图14。

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2.1.     不同种类的液络部
           a) 陶瓷液络部
           b) 套管液络部 / 磨砂玻璃液络部
           c) 开放式液络部
2.2.     参比系统与电解液
2.3.     敏感膜玻璃的类型和膜形状
2.4.    用于特定应用的pH电极
           轻松取样
           脏样品
           乳液
           半固体或固体样品
           扁平样品和非常小的样品
           小样品和难处理样品容器
           InLab®Power (Pro)
2.5.     电极维护
2.6.     电极存储
           短期存储
           长期存储
           温度传感器
2.7.     电极清洁
           硫化银(Ag2S)堵塞
           氯化银(AgCl)堵塞
           蛋白质堵塞
           其他液络部堵塞物
2.8.     电极再生与使用寿命
2.9.     附加信息

 

3.pH测量的故障排除指南

测量pH过程中出现的问题具有不同来源: 仪表、电缆和电极、缓冲液、测量温度和样品(应用)。 应特别注意问题症状,因为这对于找到故障来源很有用。 下表概述了症状和原因:


读数太高/太低或读数超出范围 “---”

  • 检查仪表、电缆、电极、校准过程和样品温度

值无变化

  • 检查仪表、电缆和电极

响应速度慢

  • 检查电极和样品/应用

校准后偏移值很高

  • 检查电极、缓冲液和校准过程

校准后斜率降低

  • 检查电极、缓冲液和校准过程

校准出错

  • 检查仪表、电缆、电极、缓冲液和校准过程

测量值波动

  • 检查电极和样品/应用

 

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3.1.     检查仪表和电缆
3.2.     检查样品温度和应用
3.3.     检查缓冲液和校准过程
           使用缓冲液的一些技巧
3.4.     检查电极

 

 

4. pH理论详述

在前面几个章节当中,对pH测量的实践应用进行了讨论。 本章将重点讨论pH测量的理论背景,适用于希望
更多地了解pH理论基本知识的读者。

首先介绍的是pH基本理论,其次将讨论传感器理论,较后还会讨论一些特别话题。

4.1. pH值的定义

 

根据Sørenson的解释,pH为H3O+离子浓度的负对数:

pH = –log [H3O+]


通过方程式我们可以看到,如果H3O+离子浓度变化十个单位,则pH值变化一个单位。 这很好地说明能够测量样品中pH值较细微的变化是多么重要。
在讲述pH理论时,通常将H+离子同pH值联系在一起,不过所指的正确离子是水合氢(IUPAC的官方名称为 氧鎓)离子(H3O+):

H+ + H2O ↔ H3O+


不仅酸碱具有形成氢离子和氢氧根离子的解离能力,而且纯净水同样可解离形成氢离子和氢氧根离子:

2 H2O ↔ H3O+ + OH



... 在pH理论指南中获取更多信息 ....

 

4.1.     pH值的定义
4.2.     浓度与活度之间的关联
4.3.     缓冲液
           缓冲容量(ß)
           稀释值(ΔpH)
           温度效应(ΔpH/ΔT)
4.4.     pH测量设置中的测量链
           pH电极
           参比电极
4.5.     pH测量设置的校准/校正
4.6.     温度对pH测量的影响
           电极的温度依赖性
           等温交叉
           更多温度现象
           已测量样品的温度依赖性
4.7.     特殊测量解决方案中的现象
           碱性误差
           酸性误差
           使用参比电极的反应
           有机介质

 

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