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pH原理及应用

时间:2012-12-08 浏览次数:2518

一、pH原理

   1.pH测试的重要性
许多化学反应取决于pH值的大小,如化学反应速度,化学药品的溶解度,微生物的生理特性等与pH密切相关。我们日常生活用品,如自来水,食品、纸张、乃至于药品,都经过了pH测试。
    2.pH由来
    3.pH电极感测理论
      E = E0+2.303RT/nF lgaH+
二、pH与温度
   1.温度影响pH值,怎么影响呢?有以下5个方面:
    1)电极斜率
 2)pH缓冲液
 3)样品温度
 4)参比元件漂移
 5)温度电极误差
    2.电极斜率变化
    电极斜率会随温度变化,一般温度系数3.35×10-3/℃,斜率变化可通过三种方式补偿:手动,用自动温度补偿ATC探头补偿,仪表根据当前温度自动计算出斜率,从而自动计算pH测试值。  
   3.缓冲液与样品pH改变
   缓冲液与样品pH会随温度变化,在不同的温度下pH值不同,因为溶液化学平衡性与温度有关。通常标准液在不同温度下的pH值已知,因此可用这种缓冲液校正来消除温度引起的误差。
   下表是各种标准液在不同温度下的pH值。由于样品特性各异,它们的pH值与温度变化关系不可预知,因此必须在同一温度下测试和校正,报告溶液的pH值时要注明温度,使用ATC探头,以达到zui佳测试。
  4.参比元件漂移
   当温度变化时,pH电极与参比电极的内部参比元件要有一个达到热平衡的过程,在这过程中会使pH测值漂移,不稳定。这个过程可能持续很长,使电极反应变慢。ROSS pH电极使用设计的参比元件,减少了热平衡的时间,使电极反应快速。
   5.温度电极误差
   当把温度探头和pH电极同时插入温度显著变化的溶液中时,读数会不稳,漂移,原因有二:首先,温度探头与pH电极的温度特性不一致,延长了热平衡和漂移的时间;其次,溶液内部各点的温度并不完全一致,有可能使pH电极与温度探头或测的点不一致。Orion有两种技术可以消除这种误差,分别为LogR技术和pHuture电极技术。LogR技术使PerpHecT® pH计直接感测到pH电极所处点的温度,pHuture在电极头上有一个温度晶片。因此,pH电极和温度探头的反应特性,感测点都一样,从而大大减小了温度电极误差。
三、参考电极
    目的:提供一个稳定的比较电位
分类:Ag / AgCl, Hg / HgCl2,ROSS电极
种类:单阶 / 双阶参考电极
典型问题:▲隔膜堵塞,如粉粒,蛋白质固化
          ▲填充液中毒,如Ag+与S2-反应
              ▲电解液浓度改变或污染
▲隔膜电位,扩散电位不稳定
   隔膜特性:▲隔开填充液与样品
              ▲隋性,低阻抗性
              ▲允许填充液以固定低流速流出
▲不是离子交换特性
              ▲种类:多孔性陶瓷,纤维、白金、套筒
              ▲有的隔膜可更换,如GLI公司五线电极
填充液: 使用高浓度KCl
KCl特性:▲固定[Cl-]
               ▲化学活性差,不易与样品起反应
               ▲良好导电性
 ▲阴、阳离子迁移速率相近
                            单位:cm2 s-1 v-1,at 25℃

H+
36.25×10-4
OH-
20.64×10-4
Li+
4.01
F-
5.74
Na+
5.19
Cl-
7.91
K+
7.62
NO3-
7.41
NH4+
7.62
AC-
4.24
 
 
 
 

四、ROSS电极
为克服参比元件漂移的影响,Orion专门设计出了ROSS电极。我们知道,参考元件一般为Ag/AgCl或Hg / HgCl2,这两种元件的溶解率随温度变化,甘汞电极通常在经过温度变化后,返回原温度时,读数无法回到原读值,故甘汞电极不太适用于温度有变化的场合。Ag/ AgCl溶解率也随温度变化,为消除此影响,通常感测电极也使用Ag/ AgCl,因测的是比较电位,故参比元件与感测元件同时改变不会影响读数,但是,当复合电极浸入高温溶液时,两个内部元件因距表面位置不同会造成一段时间的漂移。
由Dr. James ROSS所开发的ROSS电极可解决问题,参考元件采用完全水溶性的I / KI溶液及白金线,该组合的电位不受温度影响,准确度、度也大大提高。
ROSS电极特点:
 ▲快速反应
当样品温度变化显著时,ROSS电极可快速地达到热平衡。
 ▲温度特性佳
假设将传统电极与ROSS电极同时浸在25℃时的pH4.01 标准液中,然后移到75℃的标准液中,此时ROSS电极几乎立即反应出准确值pH4.13,而传统式电极测值则在3分钟后才开始向pH4.13移动,当两支电极再浸回25℃的标准液时,ROSS电极在30 秒内,读值可达4.01,而传统电极则明显有极大误差!
 ▲隔膜耐堵塞
ROSS电极不产生沉淀物,因而不会堵塞电极隔膜。
 ▲无样品污染
    传统电极会析出金属离子到样品中,ROSS电极不含Ag+,Hg2+,因而不会污染样品,可用于测试不允许微量金属离子存在的样品,如生化试剂、食品、药品等。
 ▲双阶设计
允许填充与样品相似的溶液,以减小隔膜电位影响。例如在测定强酸,强碱或非水溶液,有时为避免K+,Cl-干扰,并可更换填充液。
 ▲ Sure-FLow® Junction
    清洗方便,恒流设计,用于脏,粘样品。
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