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純水や超純水の pH 測定が難しい理由

ハンドブック

水道水直結型 完全水銀フリー 超純水・純水製造装置 Milliシリーズ

掲載内容
・純水・超純水の pH 値を正しく測定するのは難しい
・正確な pH 測定には一定以上の導電率が必要
・導電率が低い=空気中の不純物が容易に混入する
・純水・超純水の pH 測定はどうしたらいいのか
・実際に pH 計で超純水の pH を測定するとどうなるか
・pH 測定だけじゃない! 超純水の使い方の動画を無料視聴
・オススメ製品
 水道水直結型 完全水銀フリー 超純水・純水製造装置 Milli-Q IQ 7003/05/10/15
 完全水銀フリー 超純水製造装置 Milli-Q IQ 7000
 完全水銀フリー 純水製造装置 Milli-Q IX 7003/05/10/15

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このカタログについて

ドキュメント名 純水や超純水の pH 測定が難しい理由
ドキュメント種別 ハンドブック
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登録カテゴリ
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このカタログの内容

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純水や超純水の pH測定が難しい理由 数学的に表現すると、pH は次のように定義されます。 pH =- log [H + ] =- log √ Kw =- 1/2 log Kw ここで 25℃のときの pH を表 1 と照らし合わせて計算すると、以下の 式になります。 pH =- 1/2 × 13.996 = 6.998 ≒ 7 つまり、pH 値は「7」になるというわけです。 そもそも純水や超純水は、pH を酸性やアルカリ性に傾かせる物質を含 んでいません。そのため、上記数式の結果から pH 値が 7 になると導 けるのです。 純水・超純水のpH値を 正しく測定するのは難しい それでは、なぜ純水・超純水の pH 測定は難しいのでしょうか。これは、 超純水の導電率が極めて低いことに原因があります。以下に詳しく見 ライフサイエンスの実験、試験、分析には欠かすことができない「純水」 ていきましょう。 と「超純水」。不純物をまったく含まない純水や超純水の pH 値は理論 上 7.0 となるはずですが、実際に pH メーターで純水を測定してみると、 酸性やアルカリ性を示すことがあります。基本的な操作であるにも関わ 正確なpH測定には一定以上の らず、なぜこうしたブレが起こるのでしょうか。純水の理論 pH を化学 導電率が必要 式と数学的なアプローチから、その手がかりを確認してみましょう。 pH 測定法にはいくつかの方法がありますが、一般的に用いられる方 まず、水がイオンに解離している反応を式で表すと次のようになります。 法はガラス電極法です。 H O → H + + OH - 2 ガラス電極法とは、ガラス電極と比較電極の 2 本の電極を用い、そ 電解質をまったく含まない水(超純水)は平衡状態を保っています。こ の間に生じた電圧(電位差)を知ることで、溶液の pH を測定する方 の電離平衡を、平衡定数 K を用いて質量作用の法則で書き直すと次の 法です。 ようになります。 一般的に研究室で使用される pH 測定計では、100 µS/cm 以上の導 K = [H + ]・[OH - ]/[H2O] 電率を持つ試料が必要とされます。 この式から導き出されるのが、水の解離定数 K です。 ところが、超純水の導電率は 0.055 µS/cm であり、pH 測定に必要 [H + ]・[OH - ] = K・[H O] ≡ K な導電率を有していません。このことから、ガラス電極法の測定対象 2 w 外であることがわかります。 次に、温度に対する水の解離定数を表 1 に示します。 低導電率試料用の特殊な電極を用いたとしても、試料の正確な pH を測定するためには、試料の導電率は 5 µS/cm 以上が必要と言われ ています。やはり、純水や超純水では導電率の値があまりに小さく、 pH を正しく測定することが困難なのです。 表 1:水の解離定数 参考文献:A.W.Michalson;Chemical Engineering Process,64,67(1968) The life science business of Merck operates as MilliporeSigma in the U.S. and Canada.
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導電率が低い=空気中の不純物が容易に 原因としては導電率が十分ではないこと以外に、「炭酸の溶解による 混入する 酸性側への傾き」や「ガラス電極内部標準液に用いられる塩化カリ ウムの溶出などによる影響」が考えられます。 超純水には物質を何でも溶かし込む性質があり、別名ハングリー このように、工夫をすれば理論値に近い超純水の pH 値は測定可能 ウォーターとも呼ばれます、そのため、採水後は空気中から二酸化 であるものの、その値を安定させることは困難であると分かりました。 炭素やイオン、揮発性の有機物などが超純水に溶解してしまいます。 例えば、pH を測定する際の空気の接触により、超純水は二酸化炭 素を吸収し、時間の経過にともなって図 1 のように pH が変化してい 純水・超純水のpH測定は きます。もちろん、空気から混入する物質は二酸化炭素だけではあり どうしたらいいのか ません。アンモニアや実験室の環境によっては酸の蒸気なども考えら れます。 純水・超純水そのものの pH 測定は非常に困難ですので、試薬調製 のために pH 測定を行う場合には、試薬類を純水・超純水に溶解さ せた後に測定するとよいでしょう。そうすることで、十分な導電率が維 持できます。 「超純水の pH を測定したら酸性だった。何か酸性の物質が残存して いるのだろうか?」「装置に不具合があるのだろうか?」など実験中に 疑問や不安を抱いたら、ぜひ「純水・超純水の導電率は低すぎて正 しく測定するのは難しい」ということを思い出してみてください。 図 1 空気中の二酸化炭素吸収に伴う超純水のpHの変化 pH 測定だけじゃない! 参考文献:『pH を測る(化学セミナー 13)』(佐藤弦・本橋亮一/丸善) 超純水の使い方の動画を無料視聴 今回ご紹介した pH 測定以外にも、超純水の正しい使い方があります。 実際にpH計で超純水のpHを 測定するとどうなるか 超純水採水の仕方や使用時操作によって実験結果が変わることもあ りますので、この機会にぜひ動画でチェックしてみてください。 原理的に pH の測定が困難な超純水ですが、可能な限り正確な測定 知って得する超純水を使用する上での 10 のコツをデータを交えてご をした時の結果を以下に示します。 紹介します! まずは超純水が空気に触れると二酸化炭素が溶け込み、pH が酸性に 動画視聴お申込みはこちらから 傾いてしまうため、オーバーフローを行いながら測定を実施しました。 図 2 は、低導電率水測定用ガラス電極 pH メーターを用いて、超純 水の pH を 3 回測定した時の結果です。 参考資料:堀場製作所『堀場 pH 計 Q&A 集』 参考リンク:超純水装置・純水装置 FAQ 図 2 超純水のpH測定例 測定開始時は超純水をゆっくりオーバーフローさせながら測定するこ とにより、pH7 前後の測定値が得られました。しかし、5 分後にオー バーフローを止めたところ、測定値のバラつきが顕著になりました。
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