溶液或乳液的 pH 值：概念、重要性和应用

介绍

pH值是材料质量研究和控制中最重要的化学指标之一。该参数与溶液或乳液中氢离子（H⁺）的浓度直接相关，指示其酸碱度。了解和控制pH值不仅在基础科学领域发挥着关键作用，在食品、制药、化工、化妆品、石油和天然气，甚至农业领域也发挥着重要作用。
乳液是由两种不混溶液体（例如油和水）混合形成的多相体系，对pH值的变化非常敏感。pH值的变化会导致乳液不稳定、出现沉淀，甚至改变其功能特性。

Momentive SAG 消泡剂 1572 乳液

pH值的定义

pH 代表氢离子浓度，定义为氢离子浓度的负对数：

$pH = -\log [H^+]$

pH < 7：酸性环境
pH = 7：中性环境
pH > 7：碱性环境

该指数通常在 0 至 14 的范围内测量，但在某些浓溶液中，它可能超出此范围。

乳液中的pH值概念

乳液通常由水相和油相组成。pH值在这些体系中起着非常重要的作用：

乳液稳定性： pH值的变化会影响乳液液滴的表面电荷并导致相融合或分离。
表面活性剂活性：表面活性物质（表面活性剂）的性能很大程度上取决于pH值。一些表面活性剂仅在酸性或碱性环境中稳定。
环境兼容性：在制药和化妆品行业，pH值应接近皮肤或身体的天然pH值，以避免刺激。
最终产品质量：在食品工业中，pH 值的变化会影响产品的颜色、风味甚至营养价值。

pH值在各行业中的重要性

1.食品工业

pH值控制在乳制品、饮料、酱料和果酱等生产过程中至关重要。例如：

低 pH 值可防止细菌生长。
在乳制品中，pH 值的变化会导致蛋白质凝结并改变质地。

2. 制药和化妆品行业

面霜和乳液的 pH 值应接近皮肤的 pH 值（约 5.5）。
在药物中，pH 值会影响药物在体内的溶解度和吸收。

3.化学工业

在油漆和树脂生产中，pH值对产品稳定性起着关键作用。
在化学过程中，pH 值可以改变反应的进程。

4. 石油和天然气工业

控制石油乳液的 pH 值对于防止腐蚀和结垢非常重要。

5.农业

水培营养液必须具有适当的pH值（5.5-6），以优化植物根部对营养的吸收。

pH 值的测量方法

1.石蕊试纸

该方法简单、廉价，但准确度较低，且仅能显示一定程度的酸性或碱性。

2. pH试纸（pH指示剂条）

它们具有比石蕊试纸更宽的色谱范围，并提供更精确的范围（通常精确到 0.5 pH 单位）。

3. 指标解决方案

如酚酞、甲基橙等，在一定范围内会变色。

4. 数字pH计

最准确的方法是测量pH值。
它使用对 H⁺ 离子敏感的玻璃电极。
它具有在各种溶液和乳液中进行校准和测量的能力。

影响溶液或乳液pH值的因素

化学成分：酸、碱和盐的存在。
环境温度：升高温度会影响离子的解离常数。
表面活性剂浓度：表面活性剂的类型和浓度决定了乳滴的表面电荷。
储存时间： pH 值随时间的变化可能是由化学反应或微生物生长引起的。
添加剂：防腐剂、调味剂或生物活性成分会导致 pH 值变化。

pH控制和调节

为了保持溶液或乳液的质量，通常采用以下方法：

缓冲液添加：弱酸和共轭碱的组合，可最大限度地减少 pH 值变化。
使用pH调节剂：如柠檬酸、乳酸、氢氧化钠或碳酸盐。
持续监测：在敏感行业中，使用在线传感器持续监测 pH 值。

pH相关标准和指南

ASTM E70：测量水溶液 pH 值的标准方法。
ISO 4316：各行业 pH 值测量指南。
FDA规定：在食品和制药行业，pH值范围必须符合食品和药物管理局的要求。

乳化液pH值测量面临的挑战

系统异质性：两相（水和油）的存在使得准确测量变得困难。
电极污染：油滴可能会污染pH计电极的表面。
温度效应：乳液中的温度变化有时比简单溶液中的变化更快。
稳定性有限：化学或微生物的变化会随着时间的推移改变 pH 值。

管理乳液pH值的最佳实践

使用适当的缓冲液来稳定 pH 值。
定期用标准溶液校准pH计。
进行加速测试来检查 pH 值随时间的变化。
注意产品的pH值与最终用途的兼容性（例如，化妆品中的pH值接近皮肤）。

结论

pH值是溶液和乳化液质量控制中的关键指标。该参数不仅指示介质的酸碱度，还对体系的稳定性、表面活性剂的性能、环境相容性以及最终产品的质量起着决定性的作用。
正确理解pH值的概念、选择合适的测量方法以及应用pH值监测和调节技术，有助于工业生产更稳定、更安全、更高质量的产品。