纯水中pH值检测方案(PH计)

纯水专家级电极 纯水pH测量专家级电极 如ASTM D5464标准中所述，纯化水样品的pH测量需要特别关注。Metter Toledo可提供InLab Pure Pro-ISM和InLab Pure两种型号的专家级纯水电极，用于低离子浓度羊品的pH测量。通过对准确性、精度和响应时间等进行评估，验证了纯水电极的适用性。与常规pH电极相比，纯水电极表现出明显的最佳性能。 1.介绍 水的纯度是大多数行业的一个重要指标1.2。制药、半导体和电子、发电厂和生命科学等行业的日常实验室测试和生产过程中均需要纯净水。在这些行业的不同工作场所，水的pH值成为许多应用中的关键参数，它可表明可溶性微量矿物质的含量、对金属的腐蚀性、对水生生物的适宜性以及饮用水的质量。因此，为了解决这一问题， ASTM D 1293描述了水的pH测定方法。在25℃时，纯水的理论pH值为7.0，但由于从大气中吸收CO2以及pH电极对纯水pH值的测定缺乏敏感性等因素，通常测试值有明显不同。纯水实际pH值通常位于5.5至8°之间。在空气平衡的水样中，由于碳酸的形成，纯水的pH值可降至5.2。 纯水样品pH值的测定由于电导率低、电极液接电位不稳定以及玻璃膜的灵敏度低等原因而极具挑战。纯水可定义为电导率小于100uS/cm的水样。这些纯水样品中氢离子和导电离子的含量都很低。在pH电极测量系统中，较低的离子浓度会导致液接电位的不稳定。ASTM D5464法主要研究电导率为2-100uS/cm4的低离子水样pH值的测定。使用Mettler Toledo的专业实验室pH电极，可以简化低离子水样的pH测量。下面的研究是通过使用不同类型的pH电极(包括专家级电极)测量低离子水样中pH值的实验方法。 2..实验 A. 化学品和试剂 水样品：自来水、包装饮用水、低离子浓度电导率标准液(84pS/cm)、蒸馏水、Milli-Q系统(超纯水1型)去离子水。用Mettler Toledo pH4.01和7.00的缓冲液对pH电极进行校准。用电导率标准液84uS/cm对电导电极进行校准和验证。 B. pH和电导率仪表 仪表为S470(版本4.1.4)，用于所有的pH和电导率测量。 pH电极包含常规电极InLab Routine Pro-ISM， InLab Expert Pro-ISM和InLab Max Pro-ISM以及专家级纯水电极InLab Pure和InLab Pure Pro-ISM。"Pro"代表含内置的温度探头；“ISM"(智能电极管理)功能确保校准历史和电极信息的存储和传输。用InLab741-ISM电导电极测量样品的电导率。对于电导率低于100pS/cm的样品，在玻璃流通池中进行pH值和电导率的测量，以避免样品暴露于大气中。LABX 2018 PC软件(9.0.0版)进行数据收集和分析。 2 C. 步骤 所有的pH电极用两种pH缓冲液进行校准。电导率电极用84uS/cm的标准液进行校准。首先测定样品的电导率。然后测定pH，平行测定三次，并且设置15s间隔读数，对pH值随时间的变化进行研究。实验在环境温度为25±2℃的实验室进行。 3.结果和讨论 不同pH电极测试所有样品获得的数据如图所示(图1)。 研究了与电导率值之间的关系。对每个样品的结果分别进行了讨论，重点讨论了影响这些样品pH值测定的准确性和精密度的因素。进一步阐述了Mettler Toledo专家级电极在测定这些样品pH值方面的优势。 a)自来水 该样品的pH值在7.6-7.9之间。这一pH值因地而异， pH值的变化取决于市政当局及其管道系统。平均电导率为121±5.4uS/cm。自来水通常含有可溶性无机盐，主要含有阳离子钙、镁、钠、钾和阴离子氯化物、硫酸盐、碳酸盐和碳酸氢盐5.6。所有用于pH值测量的电极平均响应时间约为4分钟， 而InLab PurePro-ISM电极在30秒内即可稳定。 b)包装饮用水 五个pH电极测试该样品时均比较稳定，除一个pH电极测出值为6.8pH外，其余电极的测试平均值均在6.65±0.02pH。该样品的电导率为75.6±2.2uS/cm。测试平均响应时间小于90秒。由于包装水在装瓶过程中7进行了处理并且严格控制pH值和电导率，因此该样品的pH值和电导率值比较稳定。 c) 低离子浓度电导率标准液(84pS/cm) 该样品的电导率为84uS/cm，并且含有0.56mmol/L的KCI。但由于其离子含量较低，对pH值的影响不大，因此其性质与纯水相似。由于大气中二氧化碳的影响，样品的pH值较低，在5.2至5.6之间。所有电极的平均响应时间均超过2分钟。 图1：不同InLab电极在不同水样中的pH值。误差条(Error Bars)表示pH测量中的标准偏差。 d) 蒸馏水 该水样电导率平均值在2pS/cm，易受大气中CO2的影响，可迅速吸收CO2气体。pH值在5.1-5.9之间。平均响应时间为94秒。因此，实际样品的pH值低于理论值7.0。该样品测试时需要特殊的装置，以避免大气中二氧化碳的影响。 e)去离子水 去离子水是电导率最小的纯水样品。pH值的测定结果与蒸馏水的变化规律相似，与理论值7.0相差较大，实际值在5.8±0.3pH，电导率为0.3±0.25pS/cm。该pH值与大气CO浓度高达300ppm°时的预期pH值一致。测量此样品的最大响应时间为4.5分钟。 使用附加设备进行纯水pH测定 对于纯水样品，pH值低于7.0的主要原因之一是大气中二氧化碳与样品的相互作用。因此，在一定的时间内测量时会呈现不稳定的变化。为了尽量减少高纯水暴露在大气中，建议使用流通池。下图说明了用流通池和敞口烧杯对去离子水pH进行测定时的变化趋势。 图2：使用流通池和敞口烧杯测量去离子水中的pH值比较 对于蒸馏水，由于制备时已经储存在相应的容器中。为了确保测量时不受大气中二氧化碳的影响，先将样品取入玻璃烧瓶中，加热到75℃以去除气泡，然后冷却到25℃，将Nz吹入样品中，开始测量样品的pH值。为了便于温度的控制和吹入惰性气体，本研究采用了Mettler Toledo EasyMax反应器。它是一个100mL容量多颈玻璃圆筒反应器，上面套有温控器，可以插入pH电极，并进行温度调节，搅拌，和气体排出。 如上文所述，使用适当的附加装置记录蒸馏水和去离子水的pH值， pH专家级电极的测量结果如表1所示。实验结果与预期的理论pH值吻合，专家级电极的最大响应时间为70秒。 样品 InLab Pure Pro-ISM InLab Pure 平均pH 标准偏差 平均响应时间 平均pH 标准偏差 平均响应时间 去离子水 7.45 0.05 42 sec 7.24 0.09 70 sec 蒸馏水 6.99 0.02 11 sec 6.96 0.01 25 sec 表1：纯水pH测量(n=3) 专家级电极的性能 Metter Toledo专家级pH电极InLab Pure和InLab Pure Pro-ISM可用于低离子浓度和纯水样品的量量。独特的设计可以使得测试此类样品获得高灵敏度、准确性和精确度的数据。该类型电极含有不可移动玻璃套筒液络部，可确保电解液稳定的流出到纯水样品中。低阻LOT敏感膜在25℃下的电阻小于50MQ，并且玻璃膜呈球形，使得与样品接触更充分，进一步提高膜灵敏度。InLab Pure Pro-ISM含有双盐桥电解液，内参比电解液为3mol/LKCI， 外参比电解液为1mol/L KCI。低浓度的KCI电解液比传统的3M KCI更快获得稳定的液接电位，可增加低电导率样品pH测定时的响应时间。InLab Pure电极的电解液为FRYSCOLYT-B(甘油和3mol/LKCI混合液2：1)，该类型电解液可消除传统3mol/L KCI液接电位的突然跃迁，方便pH测量。 通常，常规pH电极的设计不足以测量低离子和纯水样品的pH值。对于纯水样品pH的准确、精确性测量，玻璃膜类型、玻璃膜形状和液络部类型是比较关键的因素。专家级电极的精度可参考表2，专家级电极的偏差均小于0.05pH， 而常规电极的偏差在0.02-0.48pH范围内。对于纯水的pH测量，我们推荐使用流通池和惰性气体净化装置，以取得更准确的结果。 样品 Routine Pro-ISM Expert Pro-ISM Max Pro-ISM Pure Pure Pro-ISM 自来水 0.11 0.11 0.02 0.03 0.04 包装水 0.08 0.02 0.09 0.01 0.03 低离子浓度 0.09 0.11 0.08 0.04 0.04 蒸馏水 0.18 0.06 0.48 0.03 0.02 表2：不同电极pH测量值的标准偏差。±0.05pH单位内的精度标记为绿色。 4.提示和技巧 确保pH测量过程中所使用的容器和试管都是干净的，用去离子水冲洗干净，以避免任何污染。 在测量纯水pH值时，应尽量在各个环节避免接触大气中的二氧化碳。如果可行，可直接在水源处，使用玻璃容器对样品进行测量。尽可能以最短时间存储样品。 测量纯水样品时应十分当心，尽可能控制样品与电极电解液接触，因电解液的流入会增加样品的离子浓度，从而影响其pH值。通过使用流通池可减少样品与大气的曝光时间，获得更加准确的结果。 ●测量期间或电极不使用时，应将电极储存在含有内参比电解液的保湿帽中。可通过离子富集修复玻璃膜。切勿存储在纯水中。 在pH校准和测量过程中，确保电解液填充孔是打开的。InLab Pure Pro-ISM的内外参比填充孔均要打开. 确保使用新鲜的缓冲液进行校准。 定期维护对延长pH电极的使用寿命具有重要意义。电解液需要定期更换。 5.结论 纯水的pH值测定面临各种挑战。水样中可溶性离子浓度越小，获得错误pH值的概率越高。空气中CO2的吸收、不同样品或玻璃器皿中离子的迁移对纯水pH值的影响大于一般样品。通过严谨的测试和避免样品不受空气污染，上述影响可以降到最低。 pH值的变化也取决于电极的设计。因此，选择合适的电极至关重要，直接影响pH值测量的整体质量。InLab Pure和InLab Pure Pro-ISM是纯水测量的理想选择，测试结果准确，可被称为是“水样品专家电极”。该类型电极在pH稳定或受控的装置中进行测试，可提供最高的精度和快速的响应时间。 6.，参考 [1] Riche， E.， Carrie， A.， Andin， N. and Mabic， S.， 2006. 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