索倫森發(fā)明的pH計在當時酶生物科學領(lǐng)域取得了巨大成功,宣告了用pH表示的氫離子濃度來指示溶液的酸堿性的真確性。
萊昂納爾·米切利斯酶動力學的創(chuàng)始人出版了一本專著《Die wasserl -stoffionkonzetration》,這本書幫助說服了生化學家和后來的化學家,讓他們相信pH在分析研究中的重要性。
從那以后,pH的測量,尤其是在生命科學中,變得越來越重要。隨著時間的推移,更多的行業(yè)加入到了對其應用、改進、推廣之中。
索倫森的pH計中用到了“氫電極”,一種只對H+敏感的電極,但是這種電極的制備過程比較復雜。如果想把pH指示技術(shù)在更多行業(yè)中進行推廣,研制一種制備簡單、且穩(wěn)定可靠的“氫離子選擇電極”成為當時的主要任務。
下圖為(人類史上首支pH計采用了復雜的氫指示電極)
大批的科學家和工程師投入到了改進氫電極的工作中,最終由德國(猶太人)的F.哈伯等人制成玻璃電極獲得了巨大成功。就是那個從空氣中制造出了氨,從此使人類擺脫了只能依靠天然氮肥的被動局面,加速了世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展,并因此獲得1918年瑞典科學院諾貝爾化學獎的弗里茨·哈伯。
哈伯的團隊發(fā)現(xiàn),含有雜質(zhì)的玻璃(SiO2中摻雜著Na2O,CaO)制成的薄膜,對氫離子H+有指示性。
具體表現(xiàn)為,將玻璃薄膜放置于兩種不同H+濃度的溶液中時,膜的兩邊會產(chǎn)生電勢(膜電位).這種電勢的大小與兩邊溶液的H+濃度差有相關(guān)性。
人們根據(jù)這一特性,對pH計進行了改進。下圖為利用玻璃薄膜制成的pH計。
至于為什么一張玻璃膜就能很好的實現(xiàn)對H+的指示,我們將在<<PH測量原理之神奇的玻璃電極>>一文中詳細闡述。
我們在此,只需要知道現(xiàn)象:玻璃膜兩側(cè)的電勢與兩側(cè)的H+濃度有相關(guān)性。就如同我們大多數(shù)人都知道磁鐵對鐵可以產(chǎn)生吸引,至于為什么會產(chǎn)生磁性,目前仍然沒有很好的解釋。
聰明的工程師們,對薄膜體系進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,如下圖:
這套測量體系誕生于100多年前,時至今日,大多數(shù)廠家生產(chǎn)的pH計都是在這個體系基礎(chǔ)之上進行優(yōu)化、改進而來的。
比如:
①將工作電極和參比電極做成一體,構(gòu)成復合電極
②選用更靈敏的玻璃材料,做指示電極
③為了使參比液更耐用,在參比液中加入一些特殊成分,比如加入聚丙烯酰胺,聚乙烯醇,聚丙烯酸鈉,丙烯酸酯聚合物和具有豐富親水基團的共聚物來使其變得更粘稠,也就是我們常說的參比液水凝膠。
關(guān)于如何制備水凝膠,我們將在<<pH測量技術(shù)之水凝膠的制備>>一文中進行講述。
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