pH测量偏差的利与弊，您知道吗？

• 关键词：pH测量,工艺点,理化指标
• 摘要：pH值作为一个重要的理化指标，在我们的日常生活、工农业生产制造过程中无处不在。因此，精确可靠的pH测量对许多工艺点至关重要。

pH测量偏差的利与弊，您知道吗？

pH值作为一个重要的理化指标，在我们的日常生活、工农业生产制造过程中无处不在。

根据《生活饮用水水质准则》规定：饮用水的pH范围为6.5-8.5；

•生物制药中细菌发酵、细胞培养过程，只有在特定的pH环境中细菌/细胞才具有最佳生长速率，从而获得最佳收益；

•瓶装啤酒的pH控制在3.9-4.1之间，以提高存放的稳定性；

•锂电正极材料制备时，需控制pH值在11.0左右，以获得质量最佳的产品；

•火电工业标准要求锅炉补给水的pH控制在8.5-9.3，以降低对设备的腐蚀、确保生产安全。

但在实际应用中，由于pH 电极老化，操作或维护不当等原因，常会产生不同程度的测量偏差。

那么，pH测量偏差会对过程产生什么样的影响呢？

• 被“低估”的氢离子浓度误差

pH值被定义为氢离子活度的负对数，

pH= -log[αH⁺]

因此，pH值的变化直接反映了氢离子活度的变化，此处活度约等于浓度。

pH 值和氢离子浓度间的关系如下图所示，从图中可以算出：pH值偏差0.1，氢离子浓度差超过20%；pH值偏差0.5，氢离子浓度差超过3倍。

对于有 [H⁺] 或 [OH^-]参与的反应过程，氢离子浓度偏差将会影响反应过程和产品质量。因此，有必要从实际工艺出发，充分考量过程控制中pH的精确性。

例如，青霉素发酵的最适pH值在6.8左右，若测量电极存在误差，会影响产品的生产效率；同时，由于青霉素是一种有机弱酸，pH超过7有可能使青霉素水解，造成严重的经济损失。

• pH测量偏差会造成原料浪费

pH测量偏差还可能造成原料浪费，下图使用 0.01M的NaOH溶液将0.01M HCl溶液的 pH值从2.0调节到3.0。

从图中可以看出，pH 偏高0.5时（实际值为3.5），NaOH用量比准确值高出14.7%；对每周耗碱量为1t 的某企业而言，就意味着每年会产生7.6t 的碱原料 (NaOH,4000RMB/t) 的浪费，仅由于碱增加的处理成本就高达 3万元。

同时，对许多企业而言，生产中常产生大量的废水，由于环保要求，排放前需调节pH至排放标准。但废水的组成一般都较为复杂，水处理过程往往并不是简单地酸碱中和。

对于含有重金属离子的废水，常需要控制 pH分步沉淀出相应的重金属离子；在这种情况下，pH偏差会同时造成沉淀剂用量的增加，甚至会使原本已沉淀的重金属离子络合水解返溶到溶液。

例如，在使用硫化钠（Na₂S）处理含汞废水时，控制pH 为 9~10 可完全去除含汞有害物。若pH值产生 0.5的偏差至10.5，则Na₂S的用量将增加一倍，且有部分已沉淀出来的汞离子将返溶到溶液中，导致原料成本增加30%，且企业面临环境污染的风险。

若溶液中含有仅能部分电离的弱酸或弱碱，弱酸/弱碱就会与其对应的盐组成缓冲体系，进一步阻碍 pH变化，加大 pH调节的难度。在缓冲体系下调节pH需消耗较多的酸或碱，pH偏差即会引起较为显著的酸碱浪费。

综上，pH测量偏差使过程工艺偏离最优的控制点，进而影响产品质量、造成原料浪费，严重的甚至还会酿成生产事故。因此，精确可靠的pH测量对许多工艺点至关重要。

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