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氧化还原电位

氧化还原电位(英文名oxidation-还原 potential),缩写ORP,它表示溶液的氧化还原电位。ORP值是水溶液氧化还原能力的测量指标,氧化还原电势用Eh表示,其单位是伏特(V)。

氧化还原电位就是用来反映水溶液中所有物质表现出来的宏观氧化还原性。氧化还原电位越高,氧化性越强,氧化还原电位越低,还原性越强。电位为正表示溶液显示出一定的氧化性,为负则表示溶液显示出一定的还原性。

自然界中的氧化还原电位的上限是+820mV,属于富氧环境,下限是-400mV,属于充满氢(H2)的环境。污水氧化还原电位高低可以间接反映其中氧化性物质和还原性物质的相对比例。各种微生物要求的氧化还原电势不同。一般好氧微生物要求的Eh为+300~+400 mV;兼性厌氧微生物在Eh为+10。mV以上时进行好氧呼吸,在Eh为+100 mV以下时进行无氧呼吸;专性厌氧菌要求Eh为-200~-250 mV,其中专性厌氧的产甲烷细菌要求的Eh甚至更低,为-300~-400 mV,最适合的Eh为-330 mV。好氧活性污泥法系统中为+200~+600 mV时属正常的氧化还原环境。

氧化还原电位广泛地用于评估土壤的氧化还原状况,尤其是用于还原性土壤。测定氧化还原电位的方法有钮电极直接测定法和伯电极去极化法。

简介

不论反应形式如何,所谓氧化即失去电子,所谓还原即得到电子,一定伴有电子的授受过程。当将电极插入可逆的氧化还原系统中,就会将电子给与电极,并成为与该系的还原能力大小相应电势的半电池。将它与标准氢电极组合所测得的电位即为该系的氧化还原电位。

测定意义

对于一个水体来说,往往存在多种氧化还原电位,构成复杂的氧化还原体系。而其氧化还原电位是多种氧化物质与还原物质发生氧化还原反应的综合结果。这一指标虽然不能作为某种氧化物质与还原物质浓度的指标,但有助于了解水体的电化学特征,分析水体的性质,是一项综合性指标。

测定方法

以铂电极作指示电极,饱和甘汞电极参比电极,与水样组成原电池。用电子毫伏计或通用pH计测定铂电极相对于饱和甘汞电极的氧化还原电势,然后再换算组成相对于标准氢电极的氧化还原电位作为报告结果。

计算式:Ψn=Ψind+Ψref

式中:

Ψn——被测水样的氧化还原电位,mV。

Ψind——实测水样的氧化还原电位,mV。

Ψref——测定温度下饱和甘汞电极的电极电位,mV,可从物理化学手册中查到。

应用

实际上,特别是对大多数生物学上的系统来说,如不加酶和电子传递体,就不会发生可认出的反应。氧化还原电位除能直接对电位测定外,尚可根据平衡常数的计算,使用氧化还原指示剂求得。一般生物体内的电子传递是从氧化还原电势低的方向朝高的方向,例如,有以NAD→黄素酶→细胞色素C系→O2这样的方式进行的倾向,但也有因酶的特异性及其抑制而不按这种方式进行的,由于反应成分的浓度,也有可能标准电位低的系统将高的系统氧化的情况。在生物体的氧化还原系统中,多酚类和细胞色素C、a等是在200-300mV附近,细胞色素b和黄素酶在0—-100mV,在-330mV位置的是NAD,在-420mV位置的是铁氧化还原蛋白。在活细胞中,好氧性的细胞电势高,厌氧性的电位低,酶的活性和细胞同化能力以及微生物的生长发育等也有受氧化还原电位影响的情况。

注意事项

水体的氧化还原电位必须在现场测定。

氧化还原电位受溶液温度、pH及化学反应可逆性等因素影响。

参考资料