pH测量原理之伟大的科学家们

索伦森发明的pH计在当时酶生物科学领域取得了巨大成功,宣告了用pH表示的氢离子浓度来指示溶液的酸碱性的真确性。

莱昂纳尔·米切利斯酶动力学的创始人出版了一本专著《Die wasserl -stoffionkonzetration》,这本书帮助说服了生化学家和后来的化学家,让他们相信pH在分析研究中的重要性。

从那以后,pH的测量,尤其是在生命科学中,变得越来越重要。随着时间的推移,更多的行业加入到了对其应用、改进、推广之中。

索伦森的pH计中用到了“氢电极”,一种只对H+敏感的电极,但是这种电极的制备过程比较复杂。如果想把pH指示技术在更多行业中进行推广,研制一种制备简单、且稳定可靠的“氢离子选择电极”成为当时的主要任务。

下图为(人类史上首支pH计采用了复杂的氢指示电极)

人类历史上首支pH计所采用的复杂“氢电极”

大批的科学家和工程师投入到了改进氢电极的工作中,最终由德国(犹太人)的F.哈伯等人制成玻璃电极获得了巨大成功。就是那个从空气中制造出了氨,从此使人类摆脱了只能依靠天然氮肥的被动局面,加速了世界农业的发展,并因此获得1918年瑞典科学院诺贝尔化学奖的弗里茨·哈伯。

哈伯的团队发现,含有杂质的玻璃(SiO2中掺杂着Na2O,CaO)制成的薄膜,对氢离子H+有指示性。

具体表现为,将玻璃薄膜放置于两种不同H+浓度的溶液中时,膜的两边会产生电势(膜电位).这种电势的大小与两边溶液的H+浓度差有相关性。

人们根据这一特性,对pH计进行了改进。下图为利用玻璃薄膜制成的pH计。

至于为什么一张玻璃膜就能很好的实现对H+的指示,我们将在<<PH测量原理之神奇的玻璃电极⭐>>一文中详细阐述。

我们在此,只需要知道现象:玻璃膜两侧的电势与两侧的H+浓度有相关性。就如同我们大多数人都知道磁铁对铁可以产生吸引,至于为什么会产生磁性,目前仍然没有很好的解释。

聪明的工程师们,对薄膜体系进行了结构优化,如下图:

这套测量体系诞生于100多年前,时至今日,大多数厂家生产的pH计都是在这个体系基础之上进行优化、改进而来的。
比如:
①将工作电极和参比电极做成一体,构成复合电极
②选用更灵敏的玻璃材料,做指示电极
③为了使参比液更耐用,在参比液中加入一些特殊成分,比如加入聚丙烯酰胺,聚乙烯醇,聚丙烯酸钠,丙烯酸酯聚合物和具有丰富亲水基团的共聚物来使其变得更粘稠,也就是我们常说的参比液水凝胶。

关于如何制备水凝胶,我们将在<<pH测量技术之水凝胶的制备>>一文中进行讲述。

本文为原创文章,转载请标明出自”烟台海美海洋科技有限公司”!

400-999-8021