ラボ用ORPセンサ

酸化還元電位（ORP）または酸化還元電位センサは、化学反応のモニタリング、イオン活量の定量、または溶液の酸化または還元特性の測定に使用されます。ORPは、酸化還元反応の電位の測定であり、既存の条件下で発生する酸化または還元の量を決定します。メトラー・トレドは、ラボやフィールドでのアプリケーション向けに信頼性の高いORPセンサを提供しています。

ORP測定の設定は、pH測定とほぼ同じようにORP電極と比較電極で構成されています。

ORP測定の基本原理は、不活性金属電極（プラチナ、場合によっては金または銀）を使用することです。これらの電極は抵抗が小さいため、電子を酸化剤に渡したり、還元剤から電子を受け取ったりします。ORP電極は、蓄積された電荷により溶液のORPに等しい電位が発生するまで、電子の受け入れまたは放出を続けます。

ORP電極は、ネルンストの半電池電位方程式に従って酸化還元電位を測定します。

E = Eo + (2.3RT / nF) x (log [aOx] / [aRed])
ここで:

• E = 電極電位の測定値
• Eo = 分析対象のシステムに固有の電圧
• R = 一般気体定数
• T = 絶対温度（K）
• n = 酸化種と還元種間の平衡に関与する電子の数
• F = ファラデー定数（96500クーロン）
• [ ] = 括弧内のイオンの活量を示す

AgワイヤからのAgの剥がれ落ちを防ぐために、比較金属極を改善したARGENTHAL™比較電極システムが生まれました。ARGENTHAL™比較金属極は、リードオフワイヤでの化学反応用に銀イオンを提供するAgCl粒子が充填された小さいカートリッジで構成されています。このカートリッジには、電極の寿命を通じて供給できる十分な量のAgClが含まれます。

使用後は電極を蒸留水でよくすすぎ、SafeLock™を閉じます。ORP電極は比較電解液（通常は3 mol/LのKCl）またはInLab保存液を入れ、保護キャップを使用して保管してください。半電池は乾燥した状態で保管します。電極は立てた状態で室温で保管します。

ORPセンサの保管に必要な情報については、ユーザマニュアルを確認してください。
 

ORPセンサの液絡部が目詰まりする要因にはいくつかのものがあります。特に、セラミックなどの多孔質材質の液絡部は、目詰まりが発生しやすい箇所です。最もよくある原因とそれぞれの洗浄手順を以下に示します。

硫化銀（Ag₂S）による目詰まり: 比較電解液に銀イオンが含まれていて、測定対象のサンプルに硫化物が含まれていると、液絡部が硫化銀の沈着物によって汚染されます。液絡部からこの汚染を除去するには、8%濃度のチオ尿素0.1 mol/L HCl溶液で5～60分間洗浄します（チオ尿素洗浄液はメトラー･トレドからご購入いただけます）。

塩化銀（AgCl）による目詰まり: 比較電解液からの銀イオンは塩化物イオンを含有するサンプルと反応しAgCl沈殿物になる場合があります。 この沈殿物を除去するには、電極を濃縮アンモニア溶液（35% NH₃水溶液）に浸します。

たんぱく質による目詰まり: たんぱく質で汚染された液絡部を洗浄するには、多くの場合、ペプシン/HCl（ペプシン5%濃度の0.1 mol/L HCl）溶液に電極を数時間浸します（ペプシン-HCl洗浄液はメトラー･トレドからご購入いただけます）。

その他の液絡部目詰まり: 液絡部がその他の汚染物で目詰まりした場合は、水または0.1 mol/L HCl溶液を使用して超音波浴でORPセンサの汚れを落とします。

プラチナリングを備えたラボ用酸化還元電極は「標準」のORPセンサです。メトラー・トレドでは、さまざまな形状と液絡部を備えたセンサをご用意しています（InLab Redox Micro、InLab Redox Proなど）。酸化還元電極は、サンプルの何らかの物質がプラチナと化学反応を生じる場合のみに使用します。プラチナを使用する理由は、他の物質と化学反応が起こりにくいからです。プラチナの酸化還元電極が推奨されない一例には、濃縮塩酸があります。これは塩化白金錯体が構成される原因になるからです。

酸化還元を測定することは、溶液の還元電位を測定することを意味します。未処理の値（mV測定値）が最終的な結果です。

酸化還元電極を220 mVのバッファ溶液で測定して検証したときに、220 ± 20 mVの範囲内にない場合は、センサを清掃する必要があります（校正はしない）。

酸化還元センサの期待値は220 ± 20 mVです。この条件が満たされない場合は、ウェットティッシュを使用して金属製のリングまたはピンを清掃し、蒸留水ですすぎ、酸化還元バッファ220 mVでmV値を再測定することをお勧めします。

金属リングを清掃して堆積物を除去するには、0.1 mol/LのHClでコンディショニングする方法もあります。また、比較電解液の交換が推奨される場合もあります。

pHセンサは酸化還元測定には使用できません。pH電極と酸化還元センサの動作原理は異なります。

ORPは、酸化還元反応の電位と、既存の条件下で発生する酸化または還元の量を測定します。ORP測定は、pHメーターのミリボルトモードを使用して行うことができます。検出部はここでは金属であり、通常は白金です。

pH値は、水溶液中の水素イオン（プロトン）または水酸イオンの活量を測定したものです。ここでの検出部はガラス感応膜です。酸性物質とアルカリ性物質間の量的差異は、pH値測定を実施することで把握できます。

したがって、pHセンサは酸化還元測定には使用できません。これは、以下のわかりやすい例で説明できます。

メトラー・トレドの酸化還元標準液220 mVのpHは7です。白金リングセンサを使用してORPモード（mVモード）で測定すると、約220 mVになります。しかし、pH電極を使用して測定すると、メーターは約0 mVを表示します。その理由は、2つの異なるセンサが溶液中の異なる化学種を検知するためです。つまり、酸化還元電極は金属イオンを、pH電極はプロトンを検知します。

例えば、Ag/AgCl比較電極ではなく、水素標準電極に対する電位を知るために、オフセットの読み取り値を修正したい場合もあります。この場合は、相対mV測定を実行し、測定パラメータにオフセットを入力する必要があります。

ORPを使用する最大の用途の1つに、水の消毒があります。例えば、都市の飲料水供給では、塩素などの強力な酸化剤を使用してバクテリアやその他の微生物を死滅させ、給水ラインでの微生物の増殖を防ぎます。

ORP測定は、消毒、ワイン製造、電気めっき、鉱業などのさまざまな用途で使用されています。産業廃水処理では、排出前に成分を還元または酸化するための酸化還元反応が一般的です。シアン化物廃水処理は、金属加工アプリケーションにおける酸化反応の一般的な例です。

クロム酸塩は、金属の電気めっきで化学的特性を変化させるために一般的に使用されている化学物質です。この化合物は有毒であり、環境への放出を制限するために廃水から除去する必要があります。六価クロムから三価クロムへのクロム酸塩の還元では、酸性条件でpHを制御し、ORPで監視します。

はい。ORP測定用に長い容器を使用するラボアプリケーションにはInLab Redox-Lをご用意しています。非常に長いシャフトにより、深い容器、バレル、パイロットリアクタでの測定が可能になります。入手できるサンプルが少量の場合は、InLab Redox Microが最適です。細いシャフト径により、非常に少量のサンプルを測定することが可能になります。