“不惑之年”的ROSS pH电极（一）

“最普通”的测定

亲爱的读者朋友，无论您从事的是哪方面的科学研究，您一定不会对pH的测定感到陌生。也许您用的是传统的pH试纸，也许您用过最新型的数显pH计，但您很可能并没有关注过这项技术，因为它太普通了。它与温度和重量的测定是实验室最常见的三大测量。不过，与所有的科学技术一样，pH的测量技术也是一步步发展过来的，中间有过许多有趣的故事，产生过许多令人兴奋不已的发明创造。今天，就让我带您走进这小小的pH世界，看看这里面的一项重要发明的前世今生。

在化学、制药、环境、食品等领域的实验室里，如今为了pH测定的准确，都在广泛使用pH计进行测量。这是一个有着一大块显示屏和许多按键的仪器，连着一个像探头一样的测量电极。在许多人眼里，或许仪器本身的精密程度，是测量结果准确与否的关键。可是对于pH计来讲，真正起决定作用的是那根小小的电极。真可谓是“人小本事大”。如果我们仔细端详这长不盈半尺的小小电极，就会发现里面具有复杂的构造。在玻璃或者塑料包裹的电极内部，空间被分割成不相通的内、外两层。两层中都有一些液体填充，并各有一根电极丝分别浸泡在内、外层的液体中。测量pH的关键，其实就是这些电极液和外界的待测样品间的电化学反应，将pH的变化转变成电极间的电位差，被电极丝感应到，并将此传递到pH计中，然后再通过pH计里的芯片换算成最终结果显示出来。所以，其实pH精确测量的关键，就在于pH电极里的溶液和电极构造上。

全世界第一台pH计，是1934年由美国人Arnold Beckman发明并获得了专利。早期的pH计上用的电极，采用的是银/氯化银参比体系。也就是说，电极内部外层的部分，是覆盖氯化银（AgCl）的银电极插在含3 M氯化钾（KCl）溶液里。这样的电极具有电势稳定，重现性好的优点，因而广泛使用直到今天。然而这种电极的缺点也很明显，就是在温度变化的时候，测量会有迟滞，反复使用容易因氯化银的沉降而堵塞电极内部和外部样品相接的液接界，并可能与多种有机物发生络合反应而限制了这种电极的应用领域。 

ROSS电极的诞生

银/氯化银（Ag/AgCl）的局限性困扰了科学家很多年，直到1961年迎来了对这项技术的一次重大革新。这一年，来自麻省理工学院的青年博士James W. Ross在一次产业联络计划（ILP）的会议上，向人们介绍了他的一项独创性技术。他改进了pH和离子选择性电极的参比体系，使用碘/三碘离子（I₂/I₃^-）代替了传统的银/氯化银参比体系（Ag/AgCl）或汞/氯化亚汞（Hg/HgCl）参比体系。这一变化非常明显地提高了电极的性能，拓展了pH电极的样品适用性。   

Ross博士凭借这个专利开创了自己的公司，经过约20年的反复试验，终于在1981年面向市场推出了全世界第一支使用碘/三碘离子（I₂/I₃^-）参比体系的电极，并在其后的数十年时间里对这种电极进行了持续的改进并推出了许多颇具特色的产品，为这种新的电极家族不断增加新的成员。2021年，我们迎来了ROSS电极四十周年的生日。这些年以来，Ross博士发明的这种辨识度极高的棕黄色电极凭借其优越的性能和良好的耐用性在全世界范围内拥有了数十万家用户。现在这家公司已经成为赛默飞大家庭中的一员，而Ross博士发明的这种电极，我们统称为 “ROSS^TM电极”。

精彩待续……