pH/ORP 电极是用于测量溶液酸碱度(pH 值)和氧化还原电位(ORP)的重要分析仪器部件,以下是关于它的详细介绍:
结构与原理
pH 电极
结构:通常由玻璃敏感膜、内参比电极、内参比溶液、外壳等部分组成。玻璃敏感膜是对氢离子有选择性响应的特殊玻璃薄膜,内参比电极一般为银 / 氯化银电极,内参比溶液则含有一定浓度的电解质。
原理:基于能斯特方程,当 pH 电极插入被测溶液时,溶液中的氢离子与玻璃膜表面水化层中的氢离子进行交换。在不同氢离子浓度的溶液中,会在玻璃膜两侧产生不同的电位差,该电位差与溶液中的氢离子活度有关,通过能斯特方程可将其转换为对应的 pH 值,从而在 pH 计上直接读出溶液的 pH 值。
ORP 电极
结构:一般由惰性金属电极(如铂、金等)、参比电极和电解液等组成。惰性金属电极作为指示电极,用于感应溶液中的氧化还原电位变化,参比电极提供一个稳定的电位基准。
原理:氧化还原反应在电极表面进行,溶液中的氧化态和还原态物质在惰性金属电极表面得失电子,产生电极电位。该电位与溶液中氧化还原电对的活度有关,同样遵循能斯特方程。通过测量该电位相对于参比电极的电位差,即可得到溶液的 ORP 值,以此来反映溶液的氧化还原状态。
类型
按应用场景分类
实验室用 pH/ORP 电极:高、稳定性好,可满足实验室对各种溶液进行 pH 和 ORP 测量的需求,有多种规格和形状,适用于不同体积和性质的样品测量。
工业在线 pH/ORP 电极:具有耐腐蚀性、抗污染性强等特点,能适应工业生产过程中的恶劣环境,可长期连续监测工业废水、化工反应釜、电镀槽等中的 pH 和 ORP 值,常与自动化控制系统集成,实现对生产过程的自动调节和控制。
便携式 pH/ORP 电极:体积小、重量轻、便于携带,适合现场快速检测,如环境监测人员在野外对地表水、土壤等进行 pH 和 ORP 值的测定,或农业技术人员在田间地头对土壤酸碱度进行快速评估等。
按电极材质分类
玻璃 pH 电极:常用的 pH 电极类型,玻璃膜对氢离子具有良好的选择性和响应特性,测量高,性能稳定,但容易破碎,使用时需小心操作。
锑 pH 电极:以锑金属为敏感材料,具有较好的耐腐蚀性,适用于一些特殊场合,如高温、高浓度酸碱溶液等,但测量相对玻璃 pH 电极略低。
贵金属 ORP 电极:如铂电极、金电极等,具有良好的化学稳定性和导电性,对氧化还原反应的响应迅速,是常用的 ORP 指示电极材料。
应用
在环境监测中的应用
水质监测:通过测量水体的 pH 和 ORP 值,可了解水体的酸碱度和氧化还原状态,判断水体是否受到污染以及污染程度。如酸性矿山废水的 pH 值较低,ORP 值较高,通过监测这些指标可及时掌握废水排放对周边水体环境的影响。
土壤监测:测定土壤的 pH 值有助于了解土壤的酸碱性,为合理施肥、土壤改良等提供依据。ORP 值则可反映土壤的氧化还原条件,对研究土壤中养分的有效性、微生物活动等具有重要意义。
在工业生产中的应用
化工生产:在酸碱中和反应、氧化还原反应等化工工艺过程中,实时监测 pH 和 ORP 值,可控制反应进程,确保产品质量和生产安全。如在氯碱工业中,通过监测电解槽内溶液的 pH 和 ORP 值,优化电解工艺参数。
食品饮料行业:监测食品和饮料的 pH 值可控制产品的口感、风味和保质期,ORP 值则与食品中的氧化还原反应相关,对防止食品氧化变质、保持品质具有重要作用。如在葡萄酒酿造过程中,监测发酵液的 pH 和 ORP 值,可判断发酵进程和产品质量。
在生物医学领域的应用
临床诊断:在血液、尿液等生物样本的检测中,pH 值是反映人体酸碱平衡状态的重要指标,ORP 值则与生物体内的氧化还原反应和代谢过程相关,对某些疾病的诊断和治疗具有参考价值。
细胞培养:在细胞培养过程中,控制培养液的 pH 和 ORP 值,为细胞提供适宜的生长环境,有利于细胞的生长、增殖和代谢。
维护与保养
定期校准:为确保测量的准确性,pH/ORP 电极需要定期校准。一般来说,实验室用的电极每周至少校准,工业在线电极根据使用环境和频率,可能需要每天或每周校准。
正确存放:pH 电极使用后应浸泡在含有氯化钾的保护液中,防止玻璃膜干燥和老化。ORP 电极如果长期不使用,应清洗干净后干燥保存,避免电极表面被污染或氧化。
及时清洗:在测量过程中,电极表面可能会吸附样品中的杂质或污染物,影响测量结果。因此,每次使用后都应及时用去离子水或适当的清洗液清洗电极表面。对于污染较严重的电极,可使用稀酸、稀碱或专用的电极清洗液进行浸泡清洗,但要注意清洗时间和浓度,避免损坏电极。