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1、2003年检验检疫科学第13卷第1期pH测量原理及注意事项周锦帆黄伟(检验检疫科学编辑部)(东莞检验检疫局)1前言pH在检验检疫上有重要的意义,例如,pH对化学反应或微生物的繁衍有极大的影响,具体的实例是,用邻菲罗啉比色法测定微量铁,其显色反应要在近中性(pH5.5-6.0)介质进行,此时有最高的灵敏度。又如,各种微生物生长的最合适的pH并不相同(表1)。表1微生物生长的合适pH值微生物种类最低pH最适pH最高pH细菌和放线菌
2、5.07.0-8.010.0酵母菌2.53.8-6.08.0图1玻璃电极霉菌1.53.6-6.010.0除了pH玻璃电极以外,还有金属电极、贵金属电极、非玻近年来,pH值对出口纺织品来说又非常重要,现在,国内璃型固态pH传感器、离子交换膜和载体膜pH电极。近年来,+外均强调绿色纺织品、生态纺织品标签,纺织品对pH的要求国外在H电极研制方面的进展,最有实有价值的是Thomas是:婴幼儿用为pH4.0~7.5;直线与皮肤接触为pH4.0~7.5;的玻璃膜pH微电极。不直接与皮肤接触为4.0~9.0。3
3、pH玻璃电极的结构几乎每个检验检疫系统的分析化学实验室、纺织实验室pH玻璃电极的结构见图1。最常见的pH电极头部是球和微生物实验室都有pH计。pH的测量非常方便,但要准确形的,但也有平板型的。测定却非易事。笔者简要介绍pH玻璃电极的结构、响应原理pH玻璃电极核心部分是敏感玻璃的球泡,在球泡内充注和pH计性能以及测量pH的经验。0.1MHCl内参比溶液,内参比电极为Ag/Agcl电极。其结构2pH电极的种类和性能见图1。pH的定义是:4pH玻璃电极的响应原理敏感玻璃的化学组成对pH电极性能影响很大。如果由p
4、H=-logaH+=-logCH++纯二氧化硅石英制成的玻璃电极对H没有响应(感觉),只式中aH+是溶液中氢离子的活度,为活度系数,CH+为离+有碱金属的氧化物加入到玻璃后,才会对H有响应。组成玻+-4子浓度,当H离子浓度在<10N(mol/L);那么,此时的pH为璃敏感膜的配方不同,则测量最合适的pH范围不同,有种特pH=-logCH+定的配方,已制作成适合在高温测量的高温pH电极。+-5组成玻璃敏感膜的成分一般有三种氧化物,如Na若此时溶液中H离子浓度为110,则2O、-5pH=-log(1
5、10)=5.0CaO、SiO2,它们的摩尔数之比约22:26:72。其中SiO2是玻璃pH电极是对氢离子活度具有高选择性响应的离子选择性电的形成剂,在玻璃化后形成硅氧正四面体,由它构成一个无限极,一般最常用的pH玻璃电极是由玻璃膜做成。pH玻璃电极是的三维网络支架,是电荷的载体。对溶液中氢离子活度有选择性响应的玻璃电极,其主要成分是加入碱土金属氧化物等杂质可以降低玻璃电极的内SiO2、Li2O(或Na2O)、碱土金属的氧化物和稀土氧化物。pH玻璃阻。加入碱金属氧化物,使石英玻璃组成中的正四面体硅氧+键断裂
6、。在晶格中存在着体积较小、活动能力较强的M+电极对溶液中H离子的响应机理,通常认为是玻璃敏感膜浸泡+(Na+)。当玻璃与水溶液接触时,这些M+被H+置换。在玻到水溶液以后,表面形成水化凝胶层,凝胶层中的H离子与溶液+璃球泡浸在水中形成水化凝胶层,厚度为10-4mm,见图2。中的H离子发生离子交换反应。旅美学者程广禄提出了用双层++和双电容模型解释电位起源,并证明pH玻璃电极在酸性溶液中水化凝胶层是H进行交换的场所,水化凝胶层中的H++是pH电极,在碱性溶液中pOH电极。能与溶液中的H交换,这种H的交换作用仅发
7、生在水化凝周锦帆:男,1963年南京大学化学系分析化学专业毕业,化学传感器、理化检验杂志编委,江苏电分析仪器厂离子选择电极生产与应用技术顾问。502003年检验检疫科学第13卷第1期位为E内参。所以,整支玻璃电极(见图1)的电位是:E玻璃=E膜+E内参比由于E内参比在pH测量过程中为常数,所以,由能斯特方程式可知,2.303RT+E玻璃=b+FlgaH=b+0.059pH由上式可知,溶液的pH变化1.0,那么E玻璃的变化
8、为0.059V,即59mv。6pH测量电池在实际pH测量时,一支玻璃电极要与一支甘汞电极同时插入测量溶液,同时又都连接到pH计上,才能组成完整的测图2水化玻璃电极膜的分层模式量电池(见图3)。对pH进行测量时,在测量过程中饱和甘汞电极的电位保持不变。7pH玻璃电极的选择性+在pH测量时,被测溶液不可能仅存在H而不存在其他+金属离子,我们希望,pH玻璃电极仅对样品溶液中的H有响应,而对其他的金属
