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pH測量原理之人類歷史上首支pH計

在《pH的定義》一文中,我們知道可以通過測量置與溶液中的某種伏打電池的電動勢,來得到其pH(氫離子濃度)值。那是什么樣的電池具有這種魔力呢?我們今天就探究一下,電化學測量之pH.

不妨放飛自我,穿越時空,去看看百年前的那些化學家生物學家是什么一步一步發(fā)明并完善了pH的測量技術。

索倫森

    時間來到,1909年索倫森發(fā)表的一篇論文講述,借用了1889年德國化學家能斯特提出的能斯特方程,發(fā)現(xiàn)“氫電極”測量出的電位與-log[H+]有很好的線性相關性,至此使人們認識到,電化學技術可以很好的測量pH,越來越多的人才投入到對此的研究中。

那么我們看看,在此之前,索倫森 做出來的第一支”pH”是什么原理,怎么工作的呢?

既然測量的是氫離子濃度,那索倫森肯定會選擇一種只對氫離子濃度有指示的電極,在當時這種電極叫做”氫電極”。(筆者沒有找到氫電極的發(fā)展歷史,請知曉的朋友留言告知)

氫電極的制備:

通常是將鍍有一層海綿狀鉑黑的鉑片,浸入到H濃度為1.0mol/L的酸溶液中,不斷通入壓力為100kPa的純氫氣,使鉑黑吸附H2至飽和,這時鉑片就好像是用氫制成的電極一樣。這個過程利用的是鉑黑多孔結構以及鉑對氫氣的吸附性。

將制備的氫電極與鉑電極同時放入溶液中,此時氫電極變成了一種只對溶液中氫離子濃度敏感的電極,鉑由于其基本穩(wěn)定的化學特性變成了對大多數(shù)離子都不敏感的電極。

這樣一來,擁有最基本的參比電極和工作電極的傳感器體系就建立起來,如下圖:

上面的模型是可以工作的,測量出來的電壓值確實與溶液中氫離子濃度呈現(xiàn)相關性。

在妻子瑪格麗特·索倫森的協(xié)助下對實驗模型進行了改進,引入鹽橋–“惰性電解液”。

H+濃度不斷升高

鹽橋的作用:

①維持兩邊溶液的電勢平衡,為兩邊電勢提供同一個參考點。

②防止兩側溶液相互污染。

③K+ 和Cl-的擴散速度相同,而且不會與兩側金屬、兩側溶液產生電勢,避免了液接電勢。

當溶液中沒有H+的時候,電極不帶電;

隨著H+濃度不斷升高,H+會不斷捕獲一部分氫電極上H2的電子,則整個電極所帶的正電荷不斷升高。進而可以通過測量這個電勢,來反應出溶液中H+的濃度。

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此時,人類歷史上首支pH指示儀器就誕生了。

這種測量方法很快在當時的酶科學研究領域得到的推廣,隨后越來越多的人關注并改進這種測量技術。

<<pH測量技術之前赴后繼>>

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