为什么检测超纯水的pH值是没有意义的?
2020-07-30
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       超纯水电阻率18.2MΩ.cm(25℃)时,水中不含任何离子而且中性,但经过pH计测量出的结果显示偏酸(或偏碱)。会发生这种情况的主要原因有两点:
       一、超纯水受到二氧化碳污染
       pH值反映的是H+的活度,(H+)而不是H+的浓度[H+],其关系为(H+)=f×[H+]。F为H+的活度系数。它是由溶液中所有离子的总浓度决定而不只决定于被测离子的浓度。在理论纯水中活度系数f等于1,但只要有其它离子存在,活度系数就要改变,PH值也就会改变。超纯水是一种优秀溶剂,极易受到污染,若在超纯水中混入杂质,pH值变化特别明显。尤其是超纯水暴露在空气中,它的纯度会迅速下降。即便仅仅是几分钟,pH值都会明显的下降。这是因为空气中的二氧化碳(空气中二氧化碳的浓度为0.038%,约等于380ppm)会与水反应生成碳酸。
CO2 + H2O →H2CO3
H2CO3 → H+ + HCO3-
HCO3- → H+ + CO32-
       碳酸是一种弱酸(Ka1=[H+][HCO3] /[H2CO3]=4.3×10-7),但由于超纯水中已无任何主导性的相对强酸,强碱,共轭酸,共轭碱,此时碳酸是唯一主导性弱酸,也是唯一 [ H+ ] 离子的来源(忽略掉H2O的解离)。
       碳酸电离释放出来的氢离子(H+)会降低水的pH值,离解出的氢离子浓度[ H+ ] =2×10-6或pH=5.7。这种反应非常迅速。超纯水pH值会从7 (中性)开始持续性的下降,大约在一小时以内,pH值会降至5.7,并还会缓步下降至4.7左右(约需两天),鲜有例外。
       在二氧化碳可影响的pH范围内(pH 7→pH 4.5),任何pH读值仅能表示二氧化碳溶解及碳酸解离的程度,除此之外,不代表任何意义。

       二、检测准确度低
       超纯水的离子强度低,电极响应慢,不容易达到平衡。而且超纯纯水的电导率低,电极内阻大,具有绝缘体性能,容易受到外界电磁场的干扰,影响测量的稳定性和准确性。测量超纯水的pH值时,液接界电位的影响显得突出,电极校准溶液和被测溶液(超纯水)的组成相差很大,参比电极的液接界电位在两种溶液中差异很大,会引起较大测量误差。
 
 

       因此,检测超纯水的pH是无法证明水质好坏,这也是ASTM D5127《电子和半导体工业水质要求》和GB/T 11446.1《电子级水》等国外和国内电子级超纯水标准中对超纯水pH值没有要求的原因。