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pH測試原理及應用
pH測試原理及應用
制作：163am銀河線路
pH測試的重要性
- 化學反應速度
- 化學藥品的溶解度
- 微生物的生理特性
- 自來水
- 食品
- 紙張
- 藥品
pH由來
H2O H++OH-
在25℃時，離子積常數Kw＝10－14
定義pH＝-lg[aH+]
pH電極感測理論依據
Nernst方程
E=E0+2.303RT/nF lg aH+
F=96487庫/mol
R=8.314 J/℃?mol
K＝2.303RT/nF，稱為電極斜率
再由主機把mV值轉換成pH值。
電極感測電位E＝∑Ei
玻璃薄膜
形狀
1)球形，反應速度快
2)圓拱半球形，結構較牢固，不易破損
材質
1)GP，0-12 pH
2)HT-3, 0-13 pH
3)HT-4, 0-14 pH
pH與溫度關系
- 電極斜率
- pH緩沖液
- 樣品溫度
- 參比元件漂移
- 溫度電極誤差
- 電極斜率變化
電極斜率K＝2.303 RT/nF,與溫度有關
一般溫度系數f＝3.35×10-3/℃
補償方式：接一個溫度探頭自動補償
或手動輸入當前溫度手動補償
斜率與溫度關系曲線
pH緩沖液
- 溶液的化學平衡性與溫度有關。
- 由于緩沖液化學成分已知，pH與溫度有恒定關系。
- 為使測試準確，在校正時要輸入當前溫度下的標準液pH值！！
NIST緩沖液pH值與溫度表
樣品pH值與溫度
- 由于樣品化學成分各不相同，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，在報告pH值時要注明測試溫度。
- 使用ATC探頭，使測試更準確。
參比元件漂移
- 當溫度變化時，pH感測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。
- 該過程越短越好。
- 影響電極反應速度。
- 溫度電極誤差
測試溫度變化顯著的溶液時，讀數會不穩、漂移，原因如下：
- 溫度探頭與pH電極的溫度特性不一致，影響熱平衡。
- 溶液內部各點溫度并不*一致。
如何減少溫度影響？
- 使用三合一電極，使pH電極感測點與溫度感測點盡可能接近。如WTW SenTix 41電極。
- 有些技術，通過感測pH玻璃敏感膜的電阻變化來感測溶液溫度。
- 或者在pH電極頭上有個溫度晶片。
后兩種價格較貴，且要與特殊的主機配套使用。
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：單階參考電極
雙階參考電極
參考電極應用場合
甘汞電極
溫度：-5 … 80oC
適用場合：生物制藥，TRIS Buffer，蛋白質以及含有金屬離子，硫離子或其它可以Ag/AgCl反應的成分的溶液
Ag/AgCl電極
溫度：-5 … 130oC
適用場合：應用比甘汞電極廣，溫度效應較好
ROSS電極
溫度效應，反應快速，無滯后
典型問題
- 隔膜堵塞，如粉粒，蛋白質固化
- 填充液中毒，如Ag+與S2-反應
- 電解液濃度改變或污染
- 周邊電流干擾
- 隔膜電位、擴散電位不穩定
擴散電位較大的原因
1.當陰離子與陽離子有較大差異的移動性時，如在強酸性及強堿性溶液中。
2.當電解液被高度稀釋，如在蒸餾水、純水中。
3.隔膜被污染。
參考電極隔膜特性
- 隔開填充液與樣品
- 隋性，低阻抗性
- 填充液以固定低流速流出
- 不具離子交換特性
種類：多孔性陶瓷，纖維，白金，套筒
有的隔膜可更換
為何使用高濃度KCl？
- 固定[Cl-]
- 化學活性差，不易與樣品起反應
- 良好的導電性
- 陰、陽離子遷移速率相近
電極校正頻率決定因素
- 所要求的精度
- 樣品特性
- 測試范圍
電極狀況
pH電極老化的判斷
理論上（at 25 ℃)
Buffer 7 0 mV
Buffer 4 177 mV
斜率K＝177/3＝59.16 mV/△pH
實際情況
零電位偏移，正常在±45 mV內
斜率變小，以＞70％為正常
pH電極老化現象
- 反應速度變慢
- 斜率變小
- 零電位漂移
pH電極老化原因
工作電極
- 水合層變厚
- 玻璃表面沾污
- 玻璃被腐蝕
參考電極
- 電解液被污染
- 隔膜污染或堵塞
- 參考系統中毒
清洗電極，再生
- 蛋白質沾污，用胃蛋白酶溶液/HCL浸泡
- 礦物油脂污染，用異丙醇或甲苯去除
- S2-污染隔膜，用硫脲/HCL浸泡
- 有機物污染，清潔劑＋溫水
- 無機物污染，稀鹽酸
- 清洗后要用蒸餾水*漂洗干凈，再泡在飽和KCL溶液中。
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