ORP測量儀是物質(zhì)氧化或還原性質(zhì)的一種表示.標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,用可接受或釋放電子的金屬電極，即可測定該值。金屬電極可以使用鉑或金(Pt或Au)。電極材料必須是不與待測物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的惰性金屬。

ORP測量原理

氧化還原電位 (Oxidation-Reduction Potential，ORP),作為介質(zhì)環(huán)境條件的一個綜合性指標(biāo)，其表征介質(zhì)氧化性或還原性的相對程度，單位mV，由ORP復(fù)合電極和mV計組成。氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移，物質(zhì)的氧化(還原)性跟其獲得(失去)電子的能力成正比。所以，測定氧化還原電位，對構(gòu)成的電極與參比電極的電位差，即可判定其氧化還原性的強(qiáng)弱。

對于一個理想水體而言，假設(shè)其氧化物為Ox，還原物為Red，電子為e，電子數(shù)時，則氧化還原反應(yīng)可表示為

                                         Red=Ox+ne          (1)

氧化還原電位由能斯特方程式(2)表示

  (2)

其中，Ex為電對的電極電位;為標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位;R為氣體常數(shù)，R = 8.314 J/K·mol;T為以K表示的溫度;F為法拉第常數(shù)，F(xiàn)=9.649×104 c/mol;n為參與反應(yīng)的電子數(shù);α[Ox]為氧化態(tài)活度(活度=活度系數(shù)×濃度);α[Red]為還原態(tài)活度 ;對與實(shí)際的水體而言，溶液的離子強(qiáng)度較高，還有諸多副反應(yīng)的發(fā)生，這些因素均會影響到電極電位的變化，且不能被直接忽略。所以，一般引用條件電極電位來表示

 (3)

其中，為電對的條件電極電位(與電子的本性、溫度、離子強(qiáng)度、酸度及副反應(yīng)情況有關(guān));c[Ox]為氧化態(tài)總濃度;c[Red]為還原態(tài)總濃度。

例如：當(dāng)0.1 mol/L[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O ]溶液與0.1 mol/L K2Cr2O7溶液發(fā)生反應(yīng)時，發(fā)生的反應(yīng)式如下

                             2Fe2++Cr6+=3Fe3++Cr3+             (4)

當(dāng)兩種溶液滴定完成，達(dá)到一個平衡狀態(tài)時，此時這兩組電對的電極電位相等，由式(3)和式(4)可得到

     (5)

當(dāng)反應(yīng)基本上完成時，假定剩余0.01%Fe2+時，此時可得到c[Fe31]≈9 999/1。此時通過查閱標(biāo)準(zhǔn)氧化還原表，即可得到的值。因此可得到

ORP電極測量需要參比電極，實(shí)際上測量的電對的條件電極電位就是相對于參比電極的電位差，氫電極可作為標(biāo)準(zhǔn)，但在實(shí)際中氫電極很少被使用，由于其他參比電極可根據(jù)相關(guān)計算公式推算出來，換算公式為

                                      Ex=E+EREF                (6)

式中，Ex為對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極的氧化還原電位;E為對應(yīng)于參比電極的氧化還原電位;EREF為參比電極的標(biāo)準(zhǔn)電位。

ORP測量儀的測定方法

1、氧化還原電位的傳統(tǒng)測定方法

長期以來氧化還原電位是采用鉑電極直接測定法。即將鉑電極和參比電極直接插入介質(zhì)中來測定。ORP電極是一種可以在其敏感層表面進(jìn)行電子吸收或釋放的電極，該敏感層是一種惰性金屬，通常是用鉑和金來制作。參比電極是飽和甘汞電極或銀/氯化銀電極。

2、氧化還原電位的傳統(tǒng)測定法的特點(diǎn)

氧化還原電位的傳統(tǒng)測定法十分簡單，它由ORP復(fù)合電極和mV計組成。但達(dá)到平衡電位值的時間較長，特別在測定弱平衡體系時，由于鉑電極并非的惰性，其表面可形成氧化膜或吸附其他物質(zhì)。影響各氧化還原電對在鉑電極上的電子交換速率，因此平衡電位的建立極為緩慢，在有的介質(zhì)中需經(jīng)幾小時甚至一、二天，而且測定誤差甚大，通常40-100mV.因此通常在ORP測定中人為規(guī)定一個讀數(shù)時間，如5分鐘，或者10分鐘，或者30分鐘等。在發(fā)表文章或上報資料時，必須標(biāo)識讀數(shù)時間。

3、得到相對精確的測定結(jié)果的方法

如果充分考慮了鉑電極的表面性質(zhì)和電極電位建立的動力學(xué)過程，對復(fù)雜的介質(zhì)，如果采用了去極化法測定氧化還原電位，可以在較短時間2分鐘內(nèi)得到較為精確的結(jié)果，這個結(jié)果相當(dāng)于傳統(tǒng)測定方法平衡48小時的電位，通常兩者小于10mV或更好。

4、氧化還原電位去極化法測定法

將極化電壓調(diào)節(jié)到600-750mV,以銀-氯化銀電極作為輔助電極，鉑電極接到電源的正端，陽極極化(極化時間5-15秒中自由選擇)，接著切斷極化電源(去極化時間在20秒以上自由選擇)，去極化時監(jiān)測鉑電極的電位(對甘汞電極)。電極電位E(毫伏)和去極化時間的對數(shù)logt之間存在直線關(guān)系。以相同的方法進(jìn)行陰極極化和隨后的去極化監(jiān)測。陽極去極化曲線與陰極去極化曲線的延長線的交點(diǎn)相當(dāng)于平衡電位。二條曲線的方程為：

                                      E陽=a1 b1logt陽

                                      E陰=a2 b2logt陰

求解此二直線方程可得到平衡電位公式E=(a2b1-a1b2)/(b1-b2)

平衡電位加上該溫度下參比電極的電位值，即可求出ORP值。

將有關(guān)兩條去極化曲線的資料登錄電腦，即可自動算出土壤的ORP值。

這種方法如果用手工測定，不但過程操作緊張，測定誤差大，而且數(shù)學(xué)處理繁重。

5、ORP去極化法的自動測定儀器

這種方法是ZG科學(xué)院南京土壤研究所電化學(xué)專家于天仁院士和劉志光教授的研究成果，在上世紀(jì)八十年代在《土壤》和英國《J.SiolSci.》雜志發(fā)表了多篇有關(guān)文章。後與方建安教授合作，利用PC-1500袖珍電腦研制成ORP去極化法自動測定儀(詳見方建安、劉志光分析儀器，1987,(1)，23.)。在以后的年代里，先後研制成氧化還原去極化法半自動測定儀、FJA-16型氧化還原去極化法自動測定儀(獨(dú)立使用)、FJA-02型氧化還原去極化法自動測定儀(與PC機(jī)或筆記本電腦聯(lián)用)、FJA-3型氧化還原去極化法自動測定儀(與PC機(jī)或筆記本電腦聯(lián)用，集成度高)、FJA-4型氧化還原去極化法自動測定儀(可獨(dú)立使用，也可與PC機(jī)或筆記本電腦聯(lián)用，集成度更高)。