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专业pH电极的选用小技巧

上海仪电科学 INESA

2015/09/17

私聊

电化学综合讨论

专业pH电极的选用小技巧

pH计是化学实验室的最常用科学仪器之一，在样品pH值测试和辅助配制化学试剂等方面不可或缺，在食品、环境、医药等各领域均有广泛应用。随着各行业的快速发展，对pH计的技术及应用提出了更多、更高的要求。

上海雷磁是国内第一台pH计和第一支pH电极的诞生地，六十余年专注于pH电极及pH测量技术的研发和改进。通过持续的技术研发，针对不同的样品特性，上海雷磁量身定制了不同的pH测试方案和不同的专业pH电极，供不同需要的用户选用。本文带您简单了解一些关于pH电极的技术基础和专业pH电极的选用小技巧。
一. pH电极的技术基础
1、玻璃球泡和液络部是pH电极两大关键核心部件
pH电极作为pH计的核心组件，其性能好坏、恰当的选择都直接影响pH值的测量结果，如测试误差增大，读数不稳等，导致pH计无法正常使用。许多用户经常遇到在标准溶液中pH计能够正常工作，而在实际样品中无法取得准确稳定的结果的问题，多数是由pH电极的选择不合适导致。
pH电极的测量结果主要取决于两大关键部件：玻璃球泡（即pH敏感膜）和液络部，pH电极斜率、响应时间和测量误差等性能通常由此两项部件的结构、材料及加工工艺决定。

图1. 上海雷磁E-201-C型pH电极

2. 根据样品的性质，选择对应的玻璃球泡
玻璃球泡（即pH敏感膜）的选择主要依据被测量对象的性质，针对不同的样品，一般的选择规律如下：
（1）一般样品：选用常规低阻敏感膜。
此类敏感膜内阻低，一般在100 MΩ左右，响应时间较快，同时又有一定的膜厚度和强度，日常使用不易损坏。
（2）超纯水、有机溶剂等特殊样品：选用超低内阻的敏感膜。
此类样品电阻很低，超低内阻的敏感膜可以使响应更为迅速。
（3）含氢氟酸等物质的特殊样品：选用抗氢氟酸玻璃敏感膜或PVC敏感膜。
此类样品对玻璃有腐蚀作用，使用常规pH电极测量时读数持续漂移，无法得到稳定的测量电位，并且会造成敏感膜破损。而需要了解的是，即使选择抗氢氟酸玻璃，其对氢氟酸的耐腐蚀性也是有限的，抗氢氟酸玻璃只适合用于氢氟酸含量在0.01%以下的样品，而对于氢氟酸浓度在0.01%以上的样品，需要使用基于PVC膜的pH电极，该类电极在浓度超过2 mol/L的氢氟酸溶液中，依然可以正常使用。
3. 液络部的材料会影响到pH电极的读数稳定性
液络部是pH电极的一个极其重要但又极易被忽略的关键部件，指的是电极内溶液与溶液之间的结合界面，在电极中承担着构成电流回路，消除参比填充液和样品溶液之间液接电势的作用。流速的大小、稳定性和易清洁性（或不易堵塞）是液络部的三个属性，其中流速的大小、稳定性决定了电极的基本性能，如果选择不合理，测量过程中往往表现为读数跳动、读数不稳定，长时间缓慢漂移等现象；易清洁性对pH计长时间工作状态下的测量结果的可靠性有一定的影响，用户体验也会较差。

图2. BestLab系列电极开发和使用的液络部结构。

对于参比系统的液络部，一般有几种不同的结构和材质：
1) 陶瓷砂芯（BestLab常规pH电极使用）
一般被安装在玻璃电极杆上。陶瓷砂芯的流速一般比较稳定，相对较慢，适合在一般溶液中使用；不适用于低电导率溶液，在强腐蚀性的溶液中可能会被腐蚀，如浓硫酸。
2) 棉，包括棉线、棉布、棉条等（基础型pH电极经常使用）
成本较低，一般被安装在塑料杆的低端pH电极上。棉线等的流速比较稳定，比较缓慢，适合一般溶液中使用；不适用于电导率溶液，使用过程中容易被蛋白质等堵塞。
3) 多孔聚四氟乙烯（BestLab 纯水pH电极和工业电极经常选用）
相对于陶瓷砂芯和棉线，多孔聚四氟乙烯具有更高的流速，对中低电导率溶液pH值的测量有帮助。
4) 不可移动玻璃磨口（BestLab超纯水pH电极、BestLab纯水pH电极使用）
不可移动玻璃磨口的生产工艺较复杂，流速控制较难，成本也很高。其优点是一方面是可以设计较大的流速使得在低电导率溶液，如超纯水等样品的pH测量变得容易；另一方面是抗腐蚀性强，电极通体是玻璃材质，一般的有机溶剂，强氧化剂都不会损坏电极；再者这样的电极结构也不容易被堵塞，长期使用稳定性较好。当然，针对不同的应用，其液络部流速的控制往往很不一样，生产厂商往往需要进行精准控制。
5) 可移动玻璃磨口（BestLab专业滴定电极使用）
相对于不可移动的玻璃磨口，可移动磨口在设计上可以将两部分分开，便于清洁，在对具有一定污染性的水溶液样品或有机样品进行测量时会比较方便（非水pH滴定电极往往采用可移动玻璃磨口结构）。
6) 可移动/不可移动塑料磨口（BestLab可清洗电极使用）
类似结构中，使用了聚四氟乙烯等塑料材质，部分或全部代替了玻璃磨口结构。由于使用了标准化的塑料部件，生产成本可以相对降低一些。但相比玻璃结构，塑料磨口的流速容易发生变化，流速稳定性较差。
二. 特殊应该如何选择pH电极？
在不同应用，针对不同的样品性质，上海雷磁量身定制不同的专用型pH电极，使得pH测量更快捷、更方便、更精准；更使某些原先无法测量的样品成为可能：

表1.典型应用的pH电极推荐

典型应用	样品特征	技术要求	推荐电极
超纯水	超低电导率	多级参比系统；超低内阻敏感膜；高流速玻璃磨口液络部	BestLab 超纯水pH电极（订货号：962221）
粘稠样品、污染性样品	易堵塞液络部	开放式液络部；固体凝胶参比填充液	BestLab 超级pH电极（订货号：962103）
培养基样品	半固体样品，表面pH测量，无损凝胶结构	平面敏感球泡；玻璃磨口液络部	BestLab 平面pH电极（订货号：962242）
生物样品小液滴	样品量少（≥20 ul）	平面敏感球泡；玻璃磨口液络部	BestLab 平面pH电极（订货号：962242）
离心管等小容器内样品	容器体积小，样品量少（≥200 ul）	微型玻璃球泡；更细的电极直径	BestLab 细长pH电极（订货号：962244）
氢氟酸溶液	对玻璃有腐蚀作用	耐氢氟酸玻璃膜或PVC敏感膜	PVC敏感膜pH电极（特制电极）

表2. BestLab系列电极选用指南

样品类型	应用案例	电极型号
化学溶液	稀释过的酸、碱溶液；化肥	BestLab General（常规）（订货号962201）； BestLab Super（超级）（订货号962203）
	高纯度酮类、醇类、醚类等	BestLabPureWater（超纯水）（订货号962221）； BestLab Super（超级）（订货号962203）
	氢氟酸溶液	PVC膜pH电极（订货号：特制）
食品、饮料	冰激凌；牛奶；乳酪等	BestLab Super（超级）（订货号962203）； BestLab ClickOK（可清洗）（订货号962202）
	果酱；花生酱	BestLab Super（超级）（订货号962203）
	食用油	BestLab Super（超级）（订货号962203）
	酱油；醋	BestLab General（常规）（订货号962201）； BestLab Super（超级）（订货号962203）
	酒类；果汁；奶茶；咖啡；可乐；冰红茶等	BestLab General（常规）（订货号962201）； BestLab Super（超级）（订货号962203）
	矿泉水；桶装水；纯净水	BestLabPureWater（超纯水）（订货号962221）； BestLab Water（纯水）（订货号962121）
	肉类；水果；鱼类；乳酪；面团；芝士；蔬菜；蜜饯	BestLab Spear（锥形）（订货号962241）； BestLab Surface（平面）（订货号962242）
生物制药	血浆和胃液；药物配方；蛋白质样品；尿液；酶溶液；凝胶	BestLab General（常规）（订货号962201）； BestLab Surface（平面）（订货号962242）
	盐水；纯化水；去离子水；蒸馏水	BestLabPureWater（超纯水）（订货号962221）
	微量样品；离心管；试管	BestLab Semi-micro（细长）（订货号962244）
工业样品	废水；污水；印染水；染料；墨水；清漆；涂料；乳胶；浆料	BestLabClickOK（可清洗）（订货号962202）
	漂白液；冲洗液；电镀液	BestLab Super（超级）（订货号962203）； BestLabClickOK（可清洗）（订货号962202）
	锅炉水	BestLabPureWater（超纯水）（订货号962221）
	皮革；纸张；纺织品	BestLab Surface（平面）（订货号962242）
日常护理	洗发液；染发剂；化妆品；洗涤剂	BestLab Super（超级）（订货号962203）； BestLabClickOK（可清洗）（订货号962202）；
日常护理	皮肤	BestLab Surface（平面）（订货号962242）
环境监测	自来水；地表水；雨水	BestLabPureWater（超纯水）（订货号962221）； BestLab Water（纯水）（订货号962121）
环境监测	土壤	BestLab Spear（锥形）（订货号962241）
大体积容器	罐装、桶装样品	BestLab General-L（长）（订货号962243）
高温样品	80-100℃	BestLab Boiling（高温）（订货号962224）

学习更多pH电极的使用及维护技巧，敬请关注上海雷磁官网及上海雷磁公众号。