一.概述
氧化還原電位，簡稱ORP （是英文Oxidation-Reduction Potential的縮寫）或Eh，作為介質(zhì)（包括土壤、天然水、培養(yǎng)基等）環(huán)境條件的一個綜合性指標(biāo)，已沿用很久，它表征介質(zhì)氧化性或還原性的相對程度。其單位是mv。它由ORP復(fù)合電極和mv計組成。ORP電極是一種可以在其敏感層表面進(jìn)行電子吸收或釋放的電極,該敏感層是一種惰性金屬,通常是用鉑和金來制作。參比電極和pH電極一樣的銀/氯化銀電極。 Redox電極是一支貴金屬電極。它被用來進(jìn)行電位測量，而同時又不能參加化學(xué)反應(yīng)過程，也就是說它是要經(jīng)收住化學(xué)沖擊。因此這里只能選用鉑、金或銀等貴金屬。做為參比電極則和pH值測量一樣用的是Ag/AgCl參比系統(tǒng)。將一支鉑針Redox電極插入到含氯的溶液中，則在鉑針表面與水面之間形成一個相界層，被稱為“Helmholtze雙電層”。此相界層相當(dāng)于一個電容，其一端與鉑針相連，另一端如pH測量一樣與參比電極相連。此電容會由于鉑針和溶液之間的電化學(xué)電位差進(jìn)行充電。而溶液的電位取決于對數(shù)濃度比Log COX/CRED和水中所有離子的電位差的總和。在此同時鉑也會被氧化，而且取決于氧化劑的濃度在其表面形成3～4原子層厚度的鉑氧化層。此氧化層一方面?zhèn)鲗?dǎo)電子，也就是說，阻礙Redox測量過程。但是此氧化層同時建立一個氧化存儲器，當(dāng)氯含量降低是會引起測量的延遲。被測溶液越稀，這一延遲過程越長。 在高含量Redox緩沖液的條件下，此過程可被忽略。此效應(yīng)也可以用前面舉的兩個罐子的例子來解釋。一個罐子充滿水，另一個罐子是空。如果連接管道的口徑較小，則二個罐子水位平衡的過程較慢，反之則較快。電極表面的粗糙也會帶來上述的測量慣性。這是因為粗糙表面的坑凹也會存儲效應(yīng)，從而使離子交換的過程變差。 Redox電極的表面應(yīng)盡量保持光潔。由于“Helmholtze雙電層”的作用就象一個電容，因此在電位變化時就會有一個充電電流流過，一直到達(dá)電化學(xué)平衡為止。如果測量放大器對此復(fù)合層的電勢不是采用零電流法進(jìn)行測量，就不會達(dá)到電化學(xué)平衡。此時，測量值便會不斷漂移，并且在一定條件下，電極表面也可能發(fā)生化學(xué)變化。
在自然界的水體中,存在著多種變價的離子和溶解氧,當(dāng)一些工業(yè)污水排入水中,水中含有大量的離子和有機(jī)物質(zhì),由于離子間性質(zhì)不同,在水體中發(fā)生氧化還原反應(yīng)并趨于平衡,因此在自然界的水體中不是單一的氧化還原系統(tǒng),而是一個氧化還原的混合系統(tǒng)。測量電極所反映的也是一個混合電位,它具有很大的試驗性誤差。另外,溶液的pH值也對ORP值有影響。因此,在實際測量過程中強(qiáng)調(diào)溶液的**電位是沒有意義的。我們可以說溶液的ORP值在某一數(shù)值點附近表示了溶液的一種還原或氧化狀態(tài),或表示了溶液的某種性質(zhì)(如衛(wèi)生程度等),但這個數(shù)值會有較大的不同, 你無法對它作出定量的確定,這和pH測試中的準(zhǔn)確度是兩個概念。另外,影響ORP值的溫度系數(shù)也是一個變量,無法修正,因此ORP計一般都沒有溫度補償功能。
二.適用范圍
1.工業(yè)污水處理
使用于水處理上的氧化還原系統(tǒng),主要是鉻酸的還原與氰化物的氧化。廢水中如果添加二硫化鈉或二氧化硫可使六價的鉻離子變成三價的鉻子。若添加氯或次氯酸鈉可用來氧化氰化物,隨后是氯化氰的水解,形成氰酸鹽。這種化學(xué)反應(yīng)過程叫氧化還原反應(yīng)系統(tǒng)。氧化還原電位就是電子活性的測量,這與測量 氫離子活性的辦法很相似。
2.水的消毒與應(yīng)用
氧化還原電極能衡量對游泳池水、礦泉水及自來水的消毒效果。因為水中大腸菌的殺菌效果受到氧化 還原電位影響,所以氧化還原電位是水質(zhì)的可靠指標(biāo)。如果池水和礦泉水中的氧化還原電位值等于或高于650mv,則表示其中的含菌量是可以接受的。
3. 觀察土壤中ORP的動態(tài)變化等
例如水稻土灌水種稻以后，土壤的氧化還原狀況發(fā)生了劇烈的變化。有一種水稻土從耕作層看，灌水 前一般維持在450-650mV。灌水后ORP迅速下降，到了有機(jī)質(zhì)旺盛分解期ORP下降到負(fù)200mV至100mV，施用多量新鮮綠肥時，甚至可降到負(fù) 300mV。以后又回升，一般維持在0-200mV。水稻收獲前，土壤落干，ORP又回升到450 mV以上（摘自于天仁等著，水稻土的物理化學(xué)）。
4.其他領(lǐng)域的應(yīng)用
海洋勘探、生物工程、環(huán)境保護(hù)、釀酒工業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)各部門都得到了廣泛的應(yīng)用。
三.電極的安裝與檢查
1.氧化還原電極可以使用于任何pH/mv測定計上。
2.ORP計使用時無需標(biāo)定,直接使用即可,只有對ORP電極的品質(zhì)或測試結(jié)果有疑問時,可用 ORP標(biāo)準(zhǔn)溶液檢查電位是否在200-275mv之間,以判斷ORP電極或儀器的好壞。氧化還原電極使用說明書氧化還原電極使用說明書氧化還原電極使用說明書
3.ORP測量電極(鉑或金),其表面應(yīng)該是光亮的,粗糙的或受污染的表面會影響電極的電位 (mv)�？捎靡韵路椒ㄇ逑椿罨�。
(1)對無機(jī)物污染,可將電極浸入0.1mol/L 稀鹽酸中30分鐘,用純水清洗,再浸入3.5MOL/L氯化鉀溶液中浸泡6小時后使用。
(2)對有機(jī)油污和油膜污染,可用洗滌劑清洗鉑或金表面后用純水清洗,再浸入3.5MOL/L 氯化鉀溶液中浸泡6小時后用。
(3)鉑金表面污染嚴(yán)重形成氧化膜,可用牙膏對鉑或金表面進(jìn)行拋光,然后用純水清洗，再浸入 3.5MOL/L氯化鉀溶液中浸泡6小時后使用。
四.ORP測定時要不要ORP標(biāo)準(zhǔn)溶液校正
ORP計使用時無需標(biāo)定,直接使 用即可。只有對ORP電極的品質(zhì)或測試結(jié)果有疑問時,可用ORP標(biāo)準(zhǔn)溶液檢查電極電位,以判斷ORP電極或儀器的好壞。嚴(yán)格要求時，新的鉑電極都要用 ORP標(biāo)準(zhǔn)溶液檢查電極電位。
