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類(lèi)型分類(lèi)：: 科普知識(shí)

數(shù)據(jù)分類(lèi)：: 碳膜電位器

pH測(cè)量偏差的利與弊，您知道嗎？

發(fā)布日期：2022-04-26 點(diǎn)擊率：47

關(guān)鍵詞： pH測(cè)量工藝點(diǎn) 理化指標(biāo)
摘要：pH值作為一個(gè)重要的理化指標(biāo)，在我們的日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造過(guò)程中無(wú)處不在。因此，精確可靠的pH測(cè)量對(duì)許多工藝點(diǎn)至關(guān)重要。

pH測(cè)量偏差的利與弊，您知道嗎？

pH值作為一個(gè)重要的理化指標(biāo)，在我們的日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造過(guò)程中無(wú)處不在。

根據(jù)《生活飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》規(guī)定：飲用水的pH范圍為6.5-8.5；

?生物制藥中細(xì)菌發(fā)酵、細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程，只有在特定的pH環(huán)境中細(xì)菌/細(xì)胞才具有最佳生長(zhǎng)速率，從而獲得最佳收益；

?瓶裝啤酒的pH控制在3.9-4.1之間，以提高存放的穩(wěn)定性；

?鋰電正極材料制備時(shí)，需控制pH值在11.0左右，以獲得質(zhì)量最佳的產(chǎn)品；

?火電工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求鍋爐補(bǔ)給水的pH控制在8.5-9.3，以降低對(duì)設(shè)備的腐蝕、確保生產(chǎn)安全。

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但在實(shí)際應(yīng)用中，由于pH 電極老化，操作或維護(hù)不當(dāng)等原因，常會(huì)產(chǎn)生不同程度的測(cè)量偏差。

那么，pH測(cè)量偏差會(huì)對(duì)過(guò)程產(chǎn)生什么樣的影響呢？

被“低估”的氫離子濃度誤差

pH值被定義為氫離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)，

pH= -log[αH⁺]

因此，pH值的變化直接反映了氫離子活度的變化，此處活度約等于濃度。

pH 值和氫離子濃度間的關(guān)系如下圖所示，從圖中可以算出：pH值偏差0.1，氫離子濃度差超過(guò)20%；pH值偏差0.5，氫離子濃度差超過(guò)3倍。

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對(duì)于有 [H⁺] 或 [OH^-]參與的反應(yīng)過(guò)程，氫離子濃度偏差將會(huì)影響反應(yīng)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，有必要從實(shí)際工藝出發(fā)，充分考量過(guò)程控制中pH的精確性。

例如，青霉素發(fā)酵的最適pH值在6.8左右，若測(cè)量電極存在誤差，會(huì)影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率；同時(shí)，由于青霉素是一種有機(jī)弱酸，pH超過(guò)7有可能使青霉素水解，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

pH測(cè)量偏差會(huì)造成原料浪費(fèi)

pH測(cè)量偏差還可能造成原料浪費(fèi)，下圖使用 0.01M的NaOH溶液將0.01M HCl溶液的 pH值從2.0調(diào)節(jié)到3.0。

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從圖中可以看出，pH 偏高0.5時(shí)（實(shí)際值為3.5），NaOH用量比準(zhǔn)確值高出14.7%；對(duì)每周耗堿量為1t 的某企業(yè)而言，就意味著每年會(huì)產(chǎn)生7.6t 的堿原料 (NaOH,4000RMB/t) 的浪費(fèi)，僅由于堿增加的處理成本就高達(dá) 3萬(wàn)元。

同時(shí)，對(duì)許多企業(yè)而言，生產(chǎn)中常產(chǎn)生大量的廢水，由于環(huán)保要求，排放前需調(diào)節(jié)pH至排放標(biāo)準(zhǔn)。但廢水的組成一般都較為復(fù)雜，水處理過(guò)程往往并不是簡(jiǎn)單地酸堿中和。

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對(duì)于含有重金屬離子的廢水，常需要控制 pH分步沉淀出相應(yīng)的重金屬離子；在這種情況下，pH偏差會(huì)同時(shí)造成沉淀劑用量的增加，甚至?xí)乖疽殉恋淼闹亟饘匐x子絡(luò)合水解返溶到溶液。

例如，在使用硫化鈉（Na₂S）處理含汞廢水時(shí)，控制pH 為 9~10 可完全去除含汞有害物。若pH值產(chǎn)生 0.5的偏差至10.5，則Na₂S的用量將增加一倍，且有部分已沉淀出來(lái)的汞離子將返溶到溶液中，導(dǎo)致原料成本增加30%，且企業(yè)面臨環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。

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若溶液中含有僅能部分電離的弱酸或弱堿，弱酸/弱堿就會(huì)與其對(duì)應(yīng)的鹽組成緩沖體系，進(jìn)一步阻礙 pH變化，加大 pH調(diào)節(jié)的難度。在緩沖體系下調(diào)節(jié)pH需消耗較多的酸或堿，pH偏差即會(huì)引起較為顯著的酸堿浪費(fèi)。

綜上，pH測(cè)量偏差使過(guò)程工藝偏離最優(yōu)的控制點(diǎn)，進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量、造成原料浪費(fèi)，嚴(yán)重的甚至還會(huì)釀成生產(chǎn)事故。因此，精確可靠的pH測(cè)量對(duì)許多工藝點(diǎn)至關(guān)重要。

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