紡織品pH儀器測試方法優化

王田田 ,朱蘊珍 ,陳 明 ,黃啟英

（江蘇省紡織產品質量監督檢驗研究院，江蘇南京 210007）

紡織品pH是國家紡織產品基本安全技術規范GB 18401—2010中強制要求檢測的項目之一[1]。紡織品的pH如果不符合要求，在穿著和使用過程中會對人體的皮膚微環境造成損害，導致不適。測定紡織品pH的標準在20世紀中期就已經出現。目前，國內常用的檢測標準是GB/T 7573—2009 《紡織品 水萃取液pH的測定》，國外常用標準有美國的AATCC Test Method 81-2012、日本的 JIS L 1096:2010和國際標準ISO 3071-2005。范秋玲[2]對以上相關標準從樣品處理、萃取方式、結果計算等操作規程上做了詳細的比較和分析，確定了不同標準的萃取方式和不同介質對測試結果的影響。由于紡織品的特殊性，為了提高檢測效率和檢測結果的穩定性，在萃取介質上也一直有研究。如洪杰[3]通過同標準下，不同萃取介質的測試結果研究確定了KCl溶液作為萃取介質的優勢，通過加入KCl作為離子強度調節劑，適當改變溶液的離子強度，增加萃取液的導電性，可以提高pH測定的穩定性[4]。

在紡織品pH的檢測中，前處理得到的萃取液都用pH計進行檢測。[5]目前，尚未有針對該步驟引入輔助設備提高pH計檢測效率和檢測結果穩定性方面的研究。本項目通過引入檢測輔助設備磁力攪拌器來提高pH計電極表面與被測溶液的離子交換速率，以達到提高檢測效率和檢測結果穩定性的目的；通過對比使用磁力攪拌器與不使用磁力攪拌器對實際樣品的檢測效率、檢測精密度和檢測穩定性來確定該方法的實際優勢。

1 實驗部分

1.1 試樣準備

選取數值穩定的代表性樣品，酸性（＜4.00）、中性（6.50～7.50）、堿性（＞9.00）樣本各一組，按照GB/T 7573—2009標準要求進行備樣，每個樣本組準備30份樣本。

1.2 儀器與試劑

儀器：機械振蕩器（太倉強樂實驗設備有限公司，旋轉式）、pH計（梅特勒TOLEDO Sevencompact，自動溫度補償）、純水機（德國密理博公司，AQUELIXTM5）、電子天平（精度0.1 mg，德國賽多利斯，BSA124S-CW）。

試劑：KCl（分析純，南京化學試劑有限公司）、pH標準緩沖溶液（中國計量科學研究院）。

1.3 實驗步驟

（1）將3個樣品組按照GB/T 7573—2009要求進行前處理，保證環境溫度為（25±2）℃，處理完的樣品開蓋即測。

（2）pH計進行三點校準后，在4.01、6.86、9.18緩沖液中進行預穩定，按照磁力攪拌/非磁力攪拌方法測量3組樣品，每組取3個樣本記錄測量值，計算平均穩定時間。

（3）將3組樣品中取24個樣本進行結果精密度測試，按照磁力攪拌/非磁力攪拌方法分別進行檢測,記錄測量值及測量穩定時間，并計算均值及相對標準偏差RSD。

2 結果與分析

2.1 測量效率

在4.01、6.86、9.18緩沖液中進行預穩定，按照磁力攪拌/非磁力攪拌方法記錄測量值，計算平均穩定時間，結果見表1。

表1 測量穩定時間

表1結果表明，相同樣品在攪拌條件下比不攪拌條件下檢測需要的穩定時間有明顯降低。經9.18標準溶液穩定后測試的中性樣品最低下降17.14%；經9.18標準溶液穩定后測試的酸性樣品最高下降82.39%。

相界電位由電極接觸溶液部分的水化層玻璃上的陽離子與溶液中的H+發生離子交換產生，干玻璃層的陽離子則向水化層擴散用以補償溶出的離子，進而形成膜電位，膜電位與試樣溶液的pH呈線性相關，由于膜內側參比溶液中的離子質量分數為定值，最終膜電位取決于膜外側待測溶液中的H+質量分數。pH計最終通過電流計測量這部分極微小的電位差后通過放大顯示最終數值[6]。

待測溶液的H+質量分數是固定值，紡織品的H+質量分數相對較低，從表1中可以明顯看出，通過磁力攪拌器的作用可以加速電極水化層的H+交換速率，有效提高檢測效率。

2.2 測量精密度

三組樣品中取24個樣本進行結果精密度測試，按照磁力攪拌/非磁力攪拌方法分別進行檢測,記錄測量值及測量穩定時間，計算均值及相對標準偏差RSD，具體結果見表2。

表2 檢測精密度

從表2中可以看出，所有樣本組的相對標準偏差都小于5%，符合分析化學實驗要求。其中，酸性樣品和中性樣品的測量精密度近似，堿性樣品測量精密度相差較大，增加磁力攪拌的樣品組測試結果明顯比不磁力攪拌的樣品組結果一致性高。

攪拌組和不攪拌組的測量穩定時間差從酸性到堿性依次遞增，酸性組時間差為4.35%，中性組時間差為103.25%，堿性組時間差為138.00%。由于pH計測量速率與H+質量分數直接相關，酸性樣品的H+質量分數高所以穩定速度相對較快，受攪拌因素影響小，隨著樣品的堿性越強，H+質量分數越低，樣品時間檢測過程中響應速度受攪拌因素影響越大。

表2中，酸性組、中性組攪拌與不攪拌的結果相差較小（＜0.03），堿性組相差較大（0.07），這是由于堿性組在測量過程中，由于被測溶液直接接觸空氣，空氣中的二氧化碳溶入被測溶液后發生如下反應：H2O+CO2=H2CO3= H++HCO3-，由于不攪拌的堿性樣品在測試時穩定時間較長，由于空氣中二氧化碳不斷溶入而持續釋放出的H+不斷增加溶液的H+質量分數，逐漸降低被測溶液的pH，影響樣品的實際測量值，造成負偏差。由此可見，在堿性樣品測試時使用磁力攪拌器不但可以提高檢測效率，還可以得到更準確的檢測結果。

2.3 測量穩定性評估

用Minitab對堿性組的11組測量值進行攪拌/不攪拌的穩定性評估，具體見圖1。

圖1 穩定性評估

通過95%置信區間的擬合可以得到線性方程：

攪拌測量值 =9.18+0.001 30× 次 （1）

不攪拌測量值 =9.06+0.003 49× 次 （2）

按照擬合方程可以預測出樣品在95%置信區間內的每次測量的測量值。從擬合方程可以看出，通過磁力攪拌測量的樣品對應測量次數的常量系數較小，穩定性較好。圖1中，攪拌組的穩定期為123.343次，不攪拌組的穩定期為65.895 7次，同樣的樣品在攪拌條件下可以在更長的穩定期保證結果的重現性。

3 討論

通過在不同初始條件下磁力攪拌器對不同酸度樣品的測試速率的研究，確定磁力攪拌器能夠確實減少pH計在檢測樣品時的穩定時間。通過攪拌/不攪拌條件下對不同酸度樣品的測試，確定了攪拌條件下的檢測結果更為穩定可靠。特別對于堿性樣品，攪拌條件下的相對標準偏差僅為不攪拌條件下的43%，結果穩定性更好。

在紡織品pH的檢測中完全可以使用磁力攪拌器來提高檢測效率，可以節省人力成本。