pH原理及應用

一、pH原理

   1.pH測試的重要性

許多化學反應取決于pH值的大小，如化學反應速度，化學藥品的溶解度，微生物的生理特性等與pH密切相關。我們日常生活用品，如自來水，食品、紙張、乃至于藥品，都經過了pH測試。

    2.pH由來

    3.pH電極感測理論

      E = E₀+2.303RT/nF lga_H+

二、pH與溫度

   1.溫度影響pH值，怎么影響呢？有以下5個方面：

    1）電極斜率
 2）pH緩沖液
 3）樣品溫度
 4）參比元件漂移
 5）溫度電極誤差

    2.電極斜率變化

    電極斜率會隨溫度變化，一般溫度系數3.35×10^-3/℃，斜率變化可通過三種方式補償：手動，用自動溫度補償ATC探頭補償，儀表根據當前溫度自動計算出斜率，從而自動計算pH測試值。  

   3.緩沖液與樣品pH改變

   緩沖液與樣品pH會隨溫度變化，在不同的溫度下pH值不同，因為溶液化學平衡性與溫度有關。通常標準液在不同溫度下的pH值已知，因此可用這種緩沖液校正來消除溫度引起的誤差。

   下表是各種標準液在不同溫度下的pH值。由于樣品特性各異，它們的pH值與溫度變化關系不可預知，因此必須在同一溫度下測試和校正，報告溶液的pH值時要注明溫度，使用ATC探頭，以達到*測試。

   4.參比元件漂移

   當溫度變化時，pH電極與參比電極的內部參比元件要有一個達到熱平衡的過程，在這過程中會使pH測值漂移，不穩定。這個過程可能持續很長，使電極反應變慢。ROSS pH電極使用設計的參比元件，減少了熱平衡的時間，使電極反應快速。

   5.溫度電極誤差

   當把溫度探頭和pH電極同時插入溫度顯著變化的溶液中時，讀數會不穩，漂移，原因有二：首先，溫度探頭與pH電極的溫度特性不一致，延長了熱平衡和漂移的時間；其次，溶液內部各點的溫度并不*一致，有可能使pH電極與溫度探頭或測的點不一致。Orion有兩種技術可以消除這種誤差，分別為LogR技術和pHuture電極技術。LogR技術使PerpHecT^® pH計直接感測到pH電極所處點的溫度，pHuture在電極頭上有一個溫度晶片。因此，pH電極和溫度探頭的反應特性，感測點都一樣，從而大大減小了溫度電極誤差。

三、參考電極

    目的：提供一個穩定的比較電位

分類：Ag / AgCl， Hg / HgCl₂，ROSS電極

種類：單階 / 雙階參考電極

典型問題：▲ 隔膜堵塞，如粉粒，蛋白質固化

          ▲ 填充液中毒，如Ag⁺與S^2-反應

              ▲ 電解液濃度改變或污染

▲ 隔膜電位，擴散電位不穩定

    隔膜特性：▲ 隔開填充液與樣品

              ▲ 隋性，低阻抗性

              ▲ 允許填充液以固定低流速流出

▲ 不是離子交換特性

              ▲ 種類：多孔性陶瓷，纖維、白金、套筒

              ▲ 有的隔膜可更換，如GLI公司五線電極

填充液 ：  使用高濃度KCl

KCl特性： ▲ 固定[Cl^-]

               ▲ 化學活性差，不易與樣品起反應

               ▲ 良好導電性

▲ 陰、陽離子遷移速率相近

                            單位：cm² s^-1 v^-1，at 25℃

四、ROSS電極

為克服參比元件漂移的影響，Orion專門設計出了ROSS電極。我們知道，參考元件一般為Ag/AgCl或Hg / HgCl₂，這兩種元件的溶解率隨溫度變化，甘汞電極通常在經過溫度變化后，返回原溫度時，讀數無法回到原讀值，故甘汞電極不太適用于溫度有變化的場合。Ag/ AgCl溶解率也隨溫度變化，為消除此影響，通常感測電極也使用Ag/ AgCl，因測的是比較電位，故參比元件與感測元件同時改變不會影響讀數，但是，當復合電極浸入高溫溶液時，兩個內部元件因距表面位置不同會造成一段時間的漂移。

由Dr. James  ROSS所開發的ROSS電極可解決問題，參考元件采用*水溶性的I / KI溶液及白金線，該組合的電位不受溫度影響，準確度、度也大大提高。

ROSS電極特點：

 ▲ 快速反應

當樣品溫度變化顯著時,ROSS電極可快速地達到熱平衡。

 ▲ 溫度特性佳

假設將傳統電極與ROSS電極同時浸在25℃時的pH4.01 標準液中，然后移到75℃的標準液中，此時ROSS電極幾乎立即反應出準確值pH4.13，而傳統式電極測值則在3分鐘后才開始向pH4.13移動，當兩支電極再浸回25℃的標準液時，ROSS電極在30 秒內，讀值可達4.01，而傳統電極則明顯有極大誤差！

 ▲ 隔膜耐堵塞

ROSS電極不產生沉淀物，因而不會堵塞電極隔膜。

 ▲ 無樣品污染

    傳統電極會析出金屬離子到樣品中，ROSS電極不含Ag⁺，Hg²⁺，因而不會污染樣品，可用于測試不允許微量金屬離子存在的樣品，如生化試劑、食品、藥品等。

 ▲ 雙階設計

允許填充與樣品相似的溶液，以減小隔膜電位影響。例如在測定強酸，強堿或非水溶液，有時為避免K⁺，Cl^-干擾，并可更換填充液。

 ▲ Sure-FLow^® Junction

    清洗方便，恒流設計，用于臟，粘樣品。