酸鹼值測量原理指南

可靠的儀器和電極才會有準確無誤酸鹼度結果。正確地選擇、操作與保養設備對獲得最佳結果和延長儀器壽命至關重要。

本酸鹼值原理指南聚焦在清楚且實際地說明如何在實驗室與現場環境中測量酸鹼值的方法。提供了許多重點的訣竅和秘訣，而之後完整的測量說明則有酸性和鹼性測量的理論說明來背書。此外，也會提及可取得之不同類型的酸鹼值電極，以及針對特定樣本選擇正確電極
的選擇標準。

目錄：

酸鹼值概論
電極的選擇與操作
酸鹼值測定疑難排解指南
綜合酸鹼值原理

下載免費的《酸鹼值原理指南》，並瞭解正確和準確測量酸鹼值的基本知識。我們的酸鹼值專家針對您實驗室和現場環境的日常作業提供竅門與秘訣，值得您吸收學習。

預覽酸鹼值原理指南：

我們為何會將醋這種日常用品歸類為酸性物質？原因在於醋裡面有過量的水合氫離子 (H₃O⁺)，是這個過量的水合氫離子使得溶液變成酸性。另一方面，羥基 (OH^–) 過量，能使東西成為鹼基或鹼性。在純水中，水合氫離子已全部遭到羥基中和，而這個溶液便是我們所稱的中性酸鹼值。

H₃O⁺+ OH^– ↔ 2 H₂O

圖 1。

酸與鹼基的反應形成了水。假如某個物質的分子透過解離釋出氫離子或質子，我們稱這個物質為酸，而溶液就變成酸性。幾個最為人所知的酸有鹽酸、硫酸，及醋酸 (醋)。醋的解離如下所示：

CH₃COOH + H₂O ↔ CH₃COO^– + H₃O⁺

圖 2。醋酸的解離。

並非每種酸都是同等強烈的。某個東西的確切酸度如何，是由溶液中的氫離子總數來決定。接著會定義酸鹼值為氫離子濃度的負對數。 (為求精準，是由氫離子的活性所決定。請參閱第 4.2 章取得更多有關氫離子活性的資訊)。

pH = –log [H₃O⁺]

圖 3從水合氫離子濃度計算出酸鹼值的方程式。

酸性與鹼性物質的定量差異，可由進行酸鹼值測定來判定。圖 4 提供了少數幾個日常物質與化學物之酸鹼值的例子：

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1.1. 酸性或鹼性
1.2.   為何要測量酸鹼值？
1.3. 測量酸鹼值的工具
         a) 酸鹼值電極
         b) 參考電極
         c) 複合式電極
1.4. 正確的酸鹼值測量實務指南
         a) 樣本製備
         b) 校正
         c) 酸鹼值電極
         d) 預期測量準確度
1.5   酸鹼值測量的逐步指南

欲取得最佳的酸鹼值測量結果，首先需選擇正確的電極。

需考量的最重要樣本標準為：化學組成、同質性、溫度、酸鹼值範圍與容器大小 (長度與寬度的限制)。對於非水性、低電導度、富有蛋白質與黏性的樣本，這個選擇便變得特別重要，因為一般用途的玻璃電極，會因各種不同的錯誤來源而受到影響。

電極的反應時間與準確度需視幾個因素而定。於極端酸鹼值和溫度、或低電導度情況下測量，可能會比在室溫以中性酸鹼值水性溶液的測量還要久。

不同類型樣本的重要性已於下面解釋，並以不同電極的特性作為起頭。再次提醒，本章探討的主要是複合式酸鹼值電極。

圖 14。含陶瓷接面的電極。

a) 陶瓷鹽橋

酸鹼值電極於參考部份開口用來維持
與樣本接觸的部份，共有數種不同的形式。這些
形式已隨著時間進化，都是基於測量多元樣本
而出現對電極各種不同要求所產生的。「標準」鹽橋
是最簡單的一種，又稱為陶瓷鹽橋。裡面包含了
多孔陶瓷，被推出電極的玻璃
管柱。這個多孔陶瓷材質接著讓電解質
緩慢流出電極，但會阻止電解質自由地流出。
此類接面非常適合水性
溶液的標準測量；METTLER TOLEDO InLab®Routine Pro 便是此類
電極的例子。此種接面之原則的圖解
已顯示於下方的圖 14 中。

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2.1.     不同類型的鹽橋
           a) 陶瓷鹽橋
           b) 套管鹽橋 / 磨砂玻璃鹽橋
           c) 開放式鹽橋
2.2.     參考系統與電解質
2.3.     薄膜玻璃與薄膜形狀的類型
2.4.     針對特定應用的酸鹼值電極
           簡單樣本
           骯髒樣本
           乳液
           半固態或固態樣本
           扁平樣本與極小樣本
           小樣本與不同的樣本容器
           InLab^®Power (Pro)
2.5.     電極保養
2.6.     電極的存放
           短期存放
           長期存放
           溫度探棒
2.7.     電極清潔
           硫化銀 (Ag2S) 阻塞
           氯化銀 (AgCl) 阻塞
           蛋白質阻塞
           其他接面阻塞
2.8.     電極的再生與生命週期
2.9.     其他資訊

於 YouTube 的電極操作影片

進行酸鹼值測定期間發生的問題可能來自不同的來源；像是 pH 計、電極線與電極，到緩衝溶液、測量溫度與樣本 (應用) 等等。應對問題的症狀進行特別筆記，這對找出故障來源極為有用。下表當中為您提供各種現象與原因的概覽：

讀數過高/過低，或超出顯示的讀數「---」

檢查主機、纜線、電極、校正程序與樣本溫度

數值沒有變化

檢查主機、纜線與電極

回應時間緩慢

檢查電極和樣本/應用

校正後出現高偏移

檢查電極、緩衝液和校正程序

校正後出現低斜坡

檢查電極、緩衝液和校正程序

校正錯誤

檢查主機、纜線、電極、緩衝液和校正程序

漂移的測量值

檢查電極和樣本/應用

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3.1.     檢查主機和纜線
3.2.     檢查樣本溫度和應用
3.3.     檢查緩衝液和校正程序
           使用緩衝液的一些秘訣
3.4.     檢查電極

酸鹼值電極疑難排解指南

在先前的章節中，探討了酸鹼值測量的實務面向。本章原則性地討論酸鹼值測量的理論背景，主要是針對希望更加理解
更多酸鹼值基本原理的讀者。

首先是基本酸鹼值理論的發展，接著會瞭解感測器理論，而在最後將探討幾個特別主題。

4.1. 酸鹼值的定義

根據 Sørenson，酸鹼值已定義為 H₃O⁺ 離子濃度的負對數：

pH = –log [H₃O⁺]

我們可從方程式得知假如 H₃O⁺ 離子濃度會每十倍變化，酸鹼值便會變化一單位。這良好地示範了能測量到樣本的酸鹼值變化，就算是微小的變化也都很重要。
往往酸鹼值理論都是按 H⁺ 離子與酸鹼值之關係來描述的，但應參照的正確離子應為水合氫離子 (或是按照 IUPAC 的正式名稱：氧陽) 離子 (H₃O⁺)：

H⁺+ H₂O ↔ H₃O⁺

不只酸與鹼基會展示解離行為以形成水合氫離子或氫氧化物離子，純水也能解離以形成水合氫離子和氫氧化物離子：

2 H₂O ↔ H₃O⁺ + OH^–

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4.1.     酸鹼值的定義
4.2.     濃度與活性的關聯
4.3.     緩衝液
           緩衝液容量(ß)
           稀釋值 (ΔpH)
           溫度效應 (ΔpH/ΔT)
4.4.     酸鹼值測量設定中的測量鏈
           酸鹼值電極
           參考電極
4.5.     酸鹼值測量設定的校正/調整
4.6.     溫度對酸鹼值測量的影響
           電極的溫度依賴性
           等溫相交
           更進一步的溫度現象
           受測樣本的溫度依賴性
4.7.     特別測量溶液案例的現象
           鹼性錯誤
           酸性錯誤
           與參考電解質的反應
           有機媒體