pH計(jì)是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的最常用科學(xué)儀器之一，在樣品pH值測(cè)試和輔助配制化學(xué)試劑等方面不可或缺，在食品、環(huán)境、醫(yī)藥等各領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。隨著各行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)pH計(jì)的技術(shù)及應(yīng)用提出了更多、更高的要求。
上海雷磁是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)pH計(jì)和第一支pH電極的誕生地，六十余年專注于pH電極及pH測(cè)量技術(shù)的研發(fā)和改進(jìn)。通過持續(xù)的技術(shù)研發(fā)，針對(duì)不同的樣品特性，上海雷磁量身定制了不同的pH測(cè)試方案和不同的專業(yè)pH電極，供不同需要的用戶選用。本文帶您簡(jiǎn)單了解一些關(guān)于pH電極的技術(shù)基礎(chǔ)和專業(yè)pH電極的選用小技巧。
一. pH電極的技術(shù)基礎(chǔ)
1、玻璃球泡和液絡(luò)部是pH電極兩大關(guān)鍵核心部件
pH電極作為pH計(jì)的核心組件，其性能好壞、恰當(dāng)?shù)倪x擇都直接影響pH值的測(cè)量結(jié)果，如測(cè)試誤差增大，讀數(shù)不穩(wěn)等，導(dǎo)致pH計(jì)無法正常使用。許多用戶經(jīng)常遇到在標(biāo)準(zhǔn)溶液中pH計(jì)能夠正常工作，而在實(shí)際樣品中無法取得準(zhǔn)確穩(wěn)定的結(jié)果的問題，多數(shù)是由pH電極的選擇不合適導(dǎo)致。
pH電極的測(cè)量結(jié)果主要取決于兩大關(guān)鍵部件：玻璃球泡（即pH敏感膜）和液絡(luò)部，pH電極斜率、響應(yīng)時(shí)間和測(cè)量誤差等性能通常由此兩項(xiàng)部件的結(jié)構(gòu)、材料及加工工藝決定。
圖1. 上海雷磁E-201-C型pH電極
2. 根據(jù)樣品的性質(zhì)，選擇對(duì)應(yīng)的玻璃球泡
玻璃球泡（即pH敏感膜）的選擇主要依據(jù)被測(cè)量對(duì)象的性質(zhì)，針對(duì)不同的樣品，一般的選擇規(guī)律如下：
（1）一般樣品：選用常規(guī)低阻敏感膜。
此類敏感膜內(nèi)阻低，一般在100 MΩ左右，響應(yīng)時(shí)間較快，同時(shí)又有一定的膜厚度和強(qiáng)度，日常使用不易損壞。
（2）超純水、有機(jī)溶劑等特殊樣品：選用超低內(nèi)阻的敏感膜。
此類樣品電阻很低，超低內(nèi)阻的敏感膜可以使響應(yīng)更為迅速。
（3）含氫氟酸等物質(zhì)的特殊樣品：選用抗氫氟酸玻璃敏感膜或PVC敏感膜。
此類樣品對(duì)玻璃有腐蝕作用，使用常規(guī)pH電極測(cè)量時(shí)讀數(shù)持續(xù)漂移，無法得到穩(wěn)定的測(cè)量電位，并且會(huì)造成敏感膜破損。而需要了解的是，即使選擇抗氫氟酸玻璃，其對(duì)氫氟酸的耐腐蝕性也是有限的，抗氫氟酸玻璃只適合用于氫氟酸含量在0.01%以下的樣品，而對(duì)于氫氟酸濃度在0.01%以上的樣品，需要使用基于PVC膜的pH電極，該類電極在濃度超過2 mol/L的氫氟酸溶液中，依然可以正常使用。
3. 液絡(luò)部的材料會(huì)影響到pH電極的讀數(shù)穩(wěn)定性
液絡(luò)部是pH電極的一個(gè)極其重要但又極易被忽略的關(guān)鍵部件，指的是電極內(nèi)溶液與溶液之間的結(jié)合界面，在電極中承擔(dān)著構(gòu)成電流回路，消除參比填充液和樣品溶液之間液接電勢(shì)的作用。流速的大小、穩(wěn)定性和易清潔性（或不易堵塞）是液絡(luò)部的三個(gè)屬性，其中流速的大小、穩(wěn)定性決定了電極的基本性能，如果選擇不合理，測(cè)量過程中往往表現(xiàn)為讀數(shù)跳動(dòng)、讀數(shù)不穩(wěn)定，長(zhǎng)時(shí)間緩慢漂移等現(xiàn)象；易清潔性對(duì)pH計(jì)長(zhǎng)時(shí)間工作狀態(tài)下的測(cè)量結(jié)果的可靠性有一定的影響，用戶體驗(yàn)也會(huì)較差。
圖2. BestLab系列電極開發(fā)和使用的液絡(luò)部結(jié)構(gòu)
對(duì)于參比系統(tǒng)的液絡(luò)部，一般有幾種不同的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)：
1) 陶瓷砂芯（BestLab常規(guī)pH電極使用）
一般被安裝在玻璃電極桿上。陶瓷砂芯的流速一般比較穩(wěn)定，相對(duì)較慢，適合在一般溶液中使用；不適用于低電導(dǎo)率溶液，在強(qiáng)腐蝕性的溶液中可能會(huì)被腐蝕，如濃硫酸。
2) 棉，包括棉線、棉布、棉條等（基礎(chǔ)型pH電極經(jīng)常使用）
成本較低，一般被安裝在塑料桿的低端pH電極上。棉線等的流速比較穩(wěn)定，比較緩慢，適合一般溶液中使用；不適用于電導(dǎo)率溶液，使用過程中容易被蛋白質(zhì)等堵塞。
3) 多孔聚四氟乙烯（BestLab 純水pH電極和工業(yè)電極經(jīng)常選用）
相對(duì)于陶瓷砂芯和棉線，多孔聚四氟乙烯具有更高的流速，對(duì)中低電導(dǎo)率溶液pH值的測(cè)量有幫助。
4) 不可移動(dòng)玻璃磨口（BestLab超純水pH電極、BestLab純水pH電極使用）
不可移動(dòng)玻璃磨口的生產(chǎn)工藝較復(fù)雜，流速控制較難，成本也很高。其優(yōu)點(diǎn)是一方面是可以設(shè)計(jì)較大的流速使得在低電導(dǎo)率溶液，如超純水等樣品的pH測(cè)量變得容易；另一方面是抗腐蝕性強(qiáng)，電極通體是玻璃材質(zhì)，一般的有機(jī)溶劑，強(qiáng)氧化劑都不會(huì)損壞電極；再者這樣的電極結(jié)構(gòu)也不容易被堵塞，長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性較好。當(dāng)然，針對(duì)不同的應(yīng)用，其液絡(luò)部流速的控制往往很不一樣，生產(chǎn)廠商往往需要進(jìn)行精準(zhǔn)控制。
5) 可移動(dòng)玻璃磨口（BestLab專業(yè)滴定電極使用）
相對(duì)于不可移動(dòng)的玻璃磨口，可移動(dòng)磨口在設(shè)計(jì)上可以將兩部分分開，便于清潔，在對(duì)具有一定污染性的水溶液樣品或有機(jī)樣品進(jìn)行測(cè)量時(shí)會(huì)比較方便（非水pH滴定電極往往采用可移動(dòng)玻璃磨口結(jié)構(gòu)）。
6) 可移動(dòng)/不可移動(dòng)塑料磨口（BestLab可清洗電極使用）
類似結(jié)構(gòu)中，使用了聚四氟乙烯等塑料材質(zhì)，部分或全部代替了玻璃磨口結(jié)構(gòu)。由于使用了標(biāo)準(zhǔn)化的塑料部件，生產(chǎn)成本可以相對(duì)降低一些。但相比玻璃結(jié)構(gòu)，塑料磨口的流速容易發(fā)生變化，流速穩(wěn)定性較差。
二. 特殊應(yīng)該如何選擇pH電極？
在不同應(yīng)用，針對(duì)不同的樣品性質(zhì)，上海雷磁量身定制不同的專用型pH電極，使得pH測(cè)量更快捷、更方便、更精準(zhǔn)；更使某些原先無法測(cè)量的樣品成為可能：
表1.典型應(yīng)用的pH電極推薦
典型應(yīng)用 | 樣品特征 | 技術(shù)要求 | 推薦電極 |
超純水 | 超低電導(dǎo)率 | 多級(jí)參比系統(tǒng)；超低內(nèi)阻敏感膜；高流速玻璃磨口液絡(luò)部 | BestLab 超純水pH電極 （訂貨號(hào)：962221） |
粘稠樣品、 污染性樣品 | 易堵塞液絡(luò)部 | 開放式液絡(luò)部；固體凝膠參比填充液 | BestLab 超級(jí)pH電極 （訂貨號(hào)：962103） |
培養(yǎng)基樣品 | 半固體樣品，表面pH測(cè)量，無損凝膠結(jié)構(gòu) | 平面敏感球泡；玻璃磨口液絡(luò)部 | BestLab 平面pH電極 （訂貨號(hào)：962242） |
生物樣品小液滴 | 樣品量少（≥20 ul） | 平面敏感球泡；玻璃磨口液絡(luò)部 | BestLab 平面pH電極 （訂貨號(hào)：962242） |
離心管等小容器內(nèi)樣品 | 容器體積小，樣品量少（≥200 ul） | 微型玻璃球泡；更細(xì)的電極直徑 | BestLab 細(xì)長(zhǎng)pH電極 （訂貨號(hào)：962244） |
氫氟酸溶液 | 對(duì)玻璃有腐蝕作用 | 耐氫氟酸玻璃膜或PVC敏感膜 | PVC敏感膜pH電極 （特制電極） |
表2. BestLab系列電極選用指南
文章來源：雷磁官網(wǎng)
