pH計是化學(xué)實驗室的最常用科學(xué)儀器之一，在樣品pH值測試和輔助配制化學(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pH計的技術(shù)及應(yīng)用提出了更多、更高的要求。
上海雷磁是國內(nèi)第一臺pH計和第一支pH電極的誕生地，六十余年專注于pH電極及pH測量技術(shù)的研發(fā)和改進。通過持續(xù)的技術(shù)研發(fā)，針對不同的樣品特性，上海雷磁量身定制了不同的pH測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值的測量結(jié)果，如測試誤差增大，讀數(shù)不穩(wěn)等，導(dǎo)致pH計無法正常使用。許多用戶經(jīng)常遇到在標(biāo)準(zhǔn)溶液中pH計能夠正常工作，而在實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)時間和測量誤差等性能通常由此兩項部件的結(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)被測量對象的性質(zhì)，針對不同的樣品，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)時間較快，同時又有一定的膜厚度和強度，日常使用不易損壞。
（2）超純水、有機溶劑等特殊樣品：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。
此類樣品對玻璃有腐蝕作用，使用常規(guī)pH電極測量時讀數(shù)持續(xù)漂移，無法得到穩(wěn)定的測量電位，并且會造成敏感膜破損。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，測量過程中往往表現(xiàn)為讀數(shù)跳動、讀數(shù)不穩(wěn)定，長時間緩慢漂移等現(xiàn)象；易清潔性對pH計長時間工作狀態(tài)下的測量結(jié)果的可靠性有一定的影響，用戶體驗也會較差。
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，在強腐蝕性的溶液中可能會被腐蝕，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）
相對于陶瓷砂芯和棉線，多孔聚四氟乙烯具有更高的流速，對中低電導(dǎo)率溶液pH值的測量有幫助。
4) 不可移動玻璃磨口（BestLab超純水pH電極、BestLab純水pH電極使用）
不可移動玻璃磨口的生產(chǎn)工藝較復(fù)雜，流速控制較難，成本也很高。其優(yōu)點是一方面是可以設(shè)計較大的流速使得在低電導(dǎo)率溶液，如超純水等樣品的pH測量變得容易；另一方面是抗腐蝕性強，電極通體是玻璃材質(zhì)，一般的有機溶劑，強氧化劑都不會損壞電極；再者這樣的電極結(jié)構(gòu)也不容易被堵塞，長期使用穩(wěn)定性較好。當(dāng)然，針對不同的應(yīng)用，其液絡(luò)部流速的控制往往很不一樣，生產(chǎn)廠商往往需要進行精準(zhǔn)控制。
5) 可移動玻璃磨口（BestLab專業(yè)滴定電極使用）
相對于不可移動的玻璃磨口，可移動磨口在設(shè)計上可以將兩部分分開，便于清潔，在對具有一定污染性的水溶液樣品或有機樣品進行測量時會比較方便（非水pH滴定電極往往采用可移動玻璃磨口結(jié)構(gòu)）。
6) 可移動/不可移動塑料磨口（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測量更快捷、更方便、更精準(zhǔn)；更使某些原先無法測量的樣品成為可能：
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：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pH電極 （訂貨號：962103） |
培養(yǎng)基樣品 | 半固體樣品，表面pH測量，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：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：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pH電極 （訂貨號：962244） |
氫氟酸溶液 | 對玻璃有腐蝕作用 | 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)
