分析生活饮用水pH值检测的影响因素

分析生活饮用水pH值检测的影响因素

刘昌朝

海南省定安县自来水公司571200

摘要：针对饮用水pH值检测中数值不稳定性问题，分析了pH检测原理及影响检测结果准确性的因素，提出了提高饮用水pH值检测结果准确度的方法。基于pH检测原理，分析了影响pH值的因素，指出了玻璃电极法测量水中pH值过程中需要控制的关键点，从而可以得到准确的生活饮用水pH值。

关键词：生活饮用水；pH值；影响因素

1.pH值概念

pH是溶液中氢离子活度的量度，它的定义和值都是水溶液中氢离子活度倒数后再取对数，是评价水质的一个重要参数。pH的值越小，溶液的酸性越强，趋于14时，溶液碱度越强，在室温下，pH=7的溶液是中性溶液。

水本身是一种非常弱的电解质，其电离是非常微弱的，电离方程式如下：H2O+H2O→H3O++OH-，缩写为H2O⇄H++OH-，这个过程的正向反应是吸热过程，受温度影响严重，向溶液中添加酸或碱会抑制水的电离，水的电离过程是水分子自身发生解离引起的，由于实际的解决方案不是理想的解决方案，在我们的日常生活中，无时不刻我们在接触着不同的电解质，包括着水、茶、饮料等，这些物质溶解在水中都会影响水的电离程度，无论是加入进氢离子还是氢氧根离子，都会使水电离出的氢氧根离子会氢离子浓度降低，从而影响了水的电离平衡系数。

2.各种水的pH值要求

饮用水标准中的pH值只是数百个指标中的一个，但它是水质的重要参考。严格意义上来说，国家只制定了天然矿泉水和纯净饮用水两种类型的执法标准，其他饮用水则遵循当地制定的地方标准或企业标准和食品卫生标准。表1列出了国家或地区规定不同饮用水的标准。一般来说，饮用水的pH值介于5.0和8.5之间，不同类型的饮用水有不同的pH值要求。

表1不同饮用水pH值标准

3.饮用水pH值与人体健康的关系

酸碱性水的消耗会影响人体健康吗？人体体液的pH变化范围是从7.35-7.45。体液的pH值因位置不同而不同，胃液为1〜2，皮肤5.5，大肠8.4，汗液6.0，尿6.9，除了胃液（消化和抗菌），碱性是内部酸碱。人的身体可以作为一个缓冲系统，在一定范围内可以自身调节体内的酸碱平衡。一些果汁、碳酸饮料等饮品的pH值很低，所以少量的引用是对人体没有影响的。

世界卫生组织的饮用水水质准则在第10章中有一个定性的说明：正常pH对消费者没有影响。2007年6月，中国饮料工业协会就此问题对包装饮用水的pH值发表了特别意见。第三项“pH值对水健康的影响”明确指出目前中国有营养。学术界的威机构，特别是慢性病研究机构从未发布关于水pH值对人体健康影响的定性研究结果，而普通人只需要维持正常的饮食。相反，如果长时间饮用碱性碱性水，会破坏体内酸碱平衡，增加身体负担。

4.生活饮用水pH值影响因素

在使用pH计测量pH值的过程中，纯水或纯净水包含在电导率≤10μs/cm或更小的瓶或桶中。pH计的价值很难稳定在一个固定值，主要影响因素来自多个方面。

4.1空气中CO2的影响

纯净水容易被污染，如果在敞口容器内进行pH值测量的话，非常容易受到二氧化碳的影响，因为空气中的二氧化碳会溶解在溶液中，生成碳酸。实验表明，对于纯水（电阻为182MΩ.cm），通过将其暴露于空气中测量其电阻值变化（或通过测量电导率来表征）表明，开始时电阻的变化很大，放置约1小时后达到平衡，如图1所示。

下面的公式显示了空气中的二氧化碳对杯子中水的影响。

图1饮用水的电阻值随时间变化曲线

CO2+H2O⇄H2CO3⇄HCO3-+H+⇄CO32-+2H+

pH值反映H+的活度，（H+）不是H+的浓度，关系式为（H+）=f×[H+]。f是H+的活度系数。它由溶液中所有离子的总浓度决定，而不仅仅是测量离子的浓度。理论上，纯水中的活度系数f等于1，但只要其他离子存在，活度系数就会变化，并且pH值也会改变。也就是说，pH的值受溶液中总离子浓度的影响。总离子浓度变化和pH值变化。水的纯度越高，即纯水的电导率越低，则CO2的影响越大。水的纯度越高，二氧化碳对水pH值的影响越大，因为纯水中不含有其他杂质，自身的电离平衡，pH值为7，随着在空气中放置时间增加，空气中的二氧化碳会逐渐溶解在水中，影响水的电离平衡，因此，纯水的pH值实际上是不断变化的，因此测量时间越长，得出的结果越不准确。

4.2复合电极的影响

众所周知，纯水中的离子浓度是很低的，与参比电极的盐桥中高浓度的溶液相比，水中的离子浓度是很小的，在测试生活饮用水的pH中，盐桥中高浓度的溶液渗透速率加快，使盐桥溶液流失，从而加速了K+和Cl-浓度的降低。导致液体接点电位变化并且不稳定，并且Ag/AgCl参比电极本身的电势取决于Cl-浓度。当Cl-浓度改变时，参比电极本身的电势改变，并且指示漂移，对于无法补充参比溶液的复合电极尤其如此。

4.3测量过程中搅拌等因素的影响

因为测试所用的复合电极中的敏感玻璃球位于与流体非常接近的部位，而且玻璃球对pH值非常敏感，所以复合电极所用的盐桥溶液首先会聚集在玻璃球周围，因此又会改变玻璃球周围的离子浓度，而复合电极测量的pH值只是敏感玻璃球附近的pH值，这样测量结果与实际情况便有所差距，无法表达测试溶液的真实pH值。相关研究表明，搅拌会对这种情况有所改善，但在搅拌的过程中，二氧化碳也会溶解在溶液中，影响测试结果，而且试验值随着搅拌速度而变化，并且搅拌或摇动会加速CO2的溶解，因此不是理想的。

4.4玻璃电极效应

根据GB6920-198（用于测定水质pH的玻璃电极法），应使用玻璃电极来测量净化水的pH值，但玻璃电阻由于高内阻的玻璃电极。不对称电位越厚，电极的惰性越大，产生的电动势就越慢，并且由于纯水是非常低缓冲液，具有标准缓冲溶液属性完全不同。在标准缓冲溶液中表现良好的电极一次全部移动到弱缓冲纯化水中，并且电极电势的建立时间无疑变得缓慢。

4.5温度的影响

在生活饮用水的pH检测中，温度对其检测准确性的影响主要体现在两个方面：（1）温度对水电离程度的影响；（2）在水电离过程中温度的影响。生活饮用水水中的水从化学角度来说主要成分也是水，作为一种弱电解质，在室温（25℃）下，水只会发生微弱的电离，方程式为H2O=H++OH-，水的电离过程是吸热的，也就是，随着温度的升高，水的电离程度增大，反应向正向移动，水中氢离子浓度增加，虽然反应进行程度增加，但是依旧很微弱，在该温度下，1L纯水中只有1×10-7mol水分子发生电离，受温度影响的补偿系数已经更正。

温度对pH测量过程的影响可以在下面解释。电信号E与从电极获得的[H+]之间的对应关系符合能斯特方程。

在公式中：E-电源电动势，mV；E0-标准电极电位，mV；R气体常数；F-法拉第常数；T-绝对温度，K；n-电极反应转移电子数；a外-外部测量的电解质浓度。

电动势与pH之间的关系由下式给出

其中：∆E-表示电动势的变化量，mV；∆pH表示水溶液的pH相对

于7的变化；t代表测量溶液的温度，单位°C；从等式（3）可以看出，测试溶液输入的电信号很小，也可以通过温度补偿来校正影响。因此，有必要使用温度补偿来测量玻璃电极的pH值。

5.克服和改进的方法

（1）空气中的CO2是影响纯水pH值测定的重要因素。国际标准规定，测量必须在特殊装置中进行，但在我们现有的一般实验室中难以实施。更可行的方法是将pH放在相对封闭的实验室空间中。最好减少该区域其他化学试验的干扰，以减少酸和碱试剂的干扰。我们可以增加净化水的采样量，尽可能减少与空气的接触面。同时，我们不应该动摇和减少二氧化碳的吸收。

（2）选择适合的测试生活饮用水pH电极。目前，国内一些厂家已经开发出了一些适用于测量生活饮用水pH值的电极，使用专门的参比电极是解决生活饮用水pH值的更准确的方法。

（3）使用单独的电极，即单独的pH玻璃电极和参考电极，参考电极可尽可能远离玻璃电极。

6.结束语

生活饮用水的pH值测试似乎很简单，但是，在实际的测量过程中可能会遇到各种各样的问题，主要是由于生活饮用水较弱的的缓冲性能或空气中存在CO2的影响或测试pH值时的电极的结构不同影响了测试结构。但是，只要科学的采取适当措施，仍然可以取得令人满意的结果。

参考文献：

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