發布日期：2022-04-26 點擊率：57
關鍵詞： pH測量 工藝點 理化指標
摘要：pH值作為一個重要的理化指標，在我們的日常生活、工農業生產制造過程中無處不在。因此，精確可靠的pH測量對許多工藝點至關重要。
pH測量偏差的利與弊，您知道嗎？
pH值作為一個重要的理化指標，在我們的日常生活、工農業生產制造過程中無處不在。
根據《生活飲用水水質準則》規定：飲用水的pH范圍為6.5-8.5；
?生物制藥中細菌發酵、細胞培養過程，只有在特定的pH環境中細菌/細胞才具有最佳生長速率，從而獲得最佳收益；
?瓶裝啤酒的pH控制在3.9-4.1之間，以提高存放的穩定性；
?鋰電正極材料制備時，需控制pH值在11.0左右，以獲得質量最佳的產品；
?火電工業標準要求鍋爐補給水的pH控制在8.5-9.3，以降低對設備的腐蝕、確保生產安全。
但在實際應用中，由于pH 電極老化，操作或維護不當等原因，常會產生不同程度的測量偏差。
那么，pH測量偏差會對過程產生什么樣的影響呢？
被“低估”的氫離子濃度誤差
pH值被定義為氫離子活度的負對數，
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20%；pH值偏差0.5，氫離子濃度差超過3倍。
對于有 [H+] 或 [OH-]參與的反應過程，氫離子濃度偏差將會影響反應過程和產品質量。因此，有必要從實際工藝出發，充分考量過程控制中pH的精確性。
例如，青霉素發酵的最適pH值在6.8左右，若測量電極存在誤差，會影響產品的生產效率；同時，由于青霉素是一種有機弱酸，pH超過7有可能使青霉素水解，造成嚴重的經濟損失。
pH測量偏差會造成原料浪費
pH測量偏差還可能造成原料浪費，下圖使用 0.01M的NaOH溶液將0.01M HCl溶液的 pH值從2.0調節到3.0。
從圖中可以看出，pH 偏高0.5時（實際值為3.5），NaOH用量比準確值高出14.7%；對每周耗堿量為1t 的某企業而言，就意味著每年會產生7.6t 的堿原料 (NaOH,4000RMB/t) 的浪費，僅由于堿增加的處理成本就高達 3萬元。
同時，對許多企業而言，生產中常產生大量的廢水，由于環保要求，排放前需調節pH至排放標準。但廢水的組成一般都較為復雜，水處理過程往往并不是簡單地酸堿中和。
對于含有重金屬離子的廢水，常需要控制 pH分步沉淀出相應的重金屬離子；在這種情況下，pH偏差會同時造成沉淀劑用量的增加，甚至會使原本已沉淀的重金屬離子絡合水解返溶到溶液。
例如，在使用硫化鈉（Na2S）處理含汞廢水時，控制pH 為 9~10 可完全去除含汞有害物。若pH值產生 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的汞離子將返溶到溶液中，導致原料成本增加30%，且企業面臨環境污染的風險。
若溶液中含有僅能部分電離的弱酸或弱堿，弱酸/弱堿就會與其對應的鹽組成緩沖體系，進一步阻礙 pH變化，加大 pH調節的難度。在緩沖體系下調節pH需消耗較多的酸或堿，pH偏差即會引起較為顯著的酸堿浪費。
綜上，pH測量偏差使過程工藝偏離最優的控制點，進而影響產品質量、造成原料浪費，嚴重的甚至還會釀成生產事故。因此，精確可靠的pH測量對許多工藝點至關重要。
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