紡織品pH值測試的幾個影響因素研究

文/趙向旭 張煥 任志博

紡織品在加工生產和后整理等過程中，通常會在產品表面殘留一些酸、堿和助劑等化學物質，所以幾乎所有服裝、面料中都會存在一定的酸堿度，用pH值來表征。pH值超標的紡織品若與皮膚密切接觸，會引起皮膚瘙癢或過敏，進而對人體健康造成傷害。現行國家強制性標準GB 18401—2010《國家紡織產品基本安全技術規范》［1］對紡織品不同類別pH值的范圍做出了限定，同時也規定了pH值測試方法按照GB/T 7573—2009《紡織品 水萃取液pH值的測定》［2］執行。但標準中對測試過程的描述及試驗參數的要求較為粗略，未規定具體的振蕩頻率、振幅以及pH電極使用時間等。在pH值的實際測定過程中，各種因素都可能對結果產生較大影響［3］。隨著紡織科技的進步，有拒水等性能的功能性紡織品越來越多，對于這類型的面料的pH值測試，不同檢測機構的檢測結果可能差異很大。本文選擇了一些代表性的試樣，結合pH值檢測標準的相關內容，對實際操作過程中影響pH值測試的幾個標準未詳細規定參數進行了探討，以期盡可能減少測量誤差［4］。

1 試驗

1.1 試劑

試驗用水：①pH值5.7，電導率1.1ms/m；②pH值6.1，電導率0.2ms/m。

0.1mol/L氯化鉀溶液：①號試驗用水配制，pH值5.8；②號試驗用水配制，pH值5.7。

3種標準緩沖溶液pH值：4.01、7.00、9.21。

1.2 儀器

S220型pH計；電極InLab Expert Pro；SPH-3312型往復式振蕩器；ME 203E/02型電子天平（精度為0.001g）；具塞三角燒瓶（250mL）等。

1.3 試驗步驟

選用不同的試樣若干個，剪成5mm×5mm大小，按照GB/T 7573—2009的試驗方法，測試試樣的pH值。對試驗用水、往復式振蕩頻率、振幅及pH計電極這4個影響因素的試驗設計方案如下：

方案（1）：分別采用①、②不同指標的試驗用水配制成的0.1mol/L氯化鉀溶液，選擇3個不同pH值的試樣進行試驗。

方案（2）：保持振幅及pH電極一致，設置往復式振蕩器振蕩頻率分別為60次/min、90次/min和120次/min，分別選取10個有代表性的試樣進行試驗。

方案（3）：組織4家檢測實驗室，對同一偏堿性，且具有一定拒水性的試樣測試其pH值，均采用旋轉式振蕩方式，設置不同的振蕩頻率和振幅。

方案（4）：隨機選取不同的試樣20個，用更換的新電極和使用兩個月后的同一型號舊電極同時測試萃取液的pH值，并記錄電極達到穩定所需時間。

2 結果與分析

2.1 試驗用水對測試結果的影響

按照方案（1）進行試驗，測試結果見表1。

表1 不同試驗用水試樣的pH值

對于試驗用水，標準中要求使用蒸餾水或去離子水，且至少滿足GB/T 6682—2008《分析實驗室用水規格和試驗方法》［5］中三級水的要求。而三級水最主要的兩個指標要求分別為：pH值5.0～7.5，電導率≤0.5ms/m。本試驗中，①和②號試驗用水的pH值分別為5.7和6.1，均符合標準要求，而①號試驗用水的電導率為1.1ms/m，已經超出了標準要求。當蒸餾水的電導率小于0.5ms/m時，蒸餾水的pH值只要在標準范圍內，對樣品的最終pH值影響很小［6］。

由表1可知，不同的試驗用水，對于偏酸性的試樣影響很小，但對于中性及堿性的試樣影響逐漸變大，pH值偏差值由0.2升到了 1.6。對于偏酸性的試樣，由于溶液中H+離子濃度大，而pH電極是對氫離子活度具有高選擇性的離子選擇電極［7］，此時試驗用水的電導率對電極干擾很小，對測試結果影響很小。而對于中性，特別是堿性較強的溶液，由于H+離子濃度的大大降低，此時電導率高的試驗用水對pH計電極測量的干擾大大增加，因而導致最終pH值偏差較大。因此，需要使用符合標準要求的試驗用水，才能保證結果的準確性。

2.2 往復式振蕩頻率對測試結果的影響

按照方案（2）進行試驗，測試結果見表2。

由表2可知，在60次/min～120次/min的振蕩頻率范圍內，所有試樣的偏差值均在0.2以內。試驗過程中觀察到3#、5#、9#、10#化纖類試樣不易潤濕，具有一定的拒水性，其余試樣潤濕情況良好。而對于易潤濕的試樣，偏差值均在0.1以內，對于不易潤濕的試樣偏差值也在0.2以內，說明往復式振蕩方式的頻率只要滿足標準要求，即不低于60次/min，對測試結果影響很小。

表2 往復式振蕩不同頻率下試樣的pH值

2.3 旋轉式振蕩頻率和振幅對測試結果的影響

由于標準GB/T 7573—2009只對不同振蕩方式的振蕩頻率做了相應要求（往復式≥60次/min，旋轉式≥30周/min），而沒有對振幅大小有具體指標要求。按照方案（3）進行試驗，本次試驗中，4家檢測實驗室均采用了旋轉式振蕩，各家設置的頻率和振幅均不一致， 測試結果見表3。

由表3可知，對于該具有輕微拒水性的偏堿性試樣，頻率越高，pH值測試結果越大。頻率接近時，振幅越大，pH值測試結果也會增大。試驗過程中也發現，該面料在振蕩過程中會部分掛在瓶壁或漂浮于水面上方，設置較小的振蕩頻率和振幅時不能保證試樣內部能與萃取液之間進行充分的液體交換，因而測試結果會偏低。因此，對于一些有拒水性的試樣，采用旋轉式振蕩，可將振蕩頻率調大一些，或者選用振幅大一點的振蕩器，以確保獲得準確的結果值。

表3 旋轉式振蕩下不同頻率和振幅下試樣的pH值

2.4 pH計電極使用時間對測試結果的影響

按照方案（4）進行試驗，測試結果見表4。

由表4可知，新、舊電極pH值測試結果偏差ΔpH均在0～0.4之間，對于偏酸或偏堿的試樣ΔpH在0.2以內，說明新、舊電極的平行性好、可靠性好。但新舊電極對溶液達到的穩定時間差異較大，舊電極對于偏酸性溶液（9#和14#）或堿性溶液（11#和12#）反應時間稍快，在60s以內能達到穩定值，而對于偏中性的樣品，反應時間比較緩慢，甚至達到了3min以上（7#）。新電極對于絕大部分溶液的反應時間均在50s以內，效率明顯提高。

表4 pH計電極不同使用時間下試樣的pH值

而對于某些偏堿性的萃取液，空氣中的二氧化碳會溶解于萃取液中，增加溶液酸度，pH值會下降，所以萃取液應該在盡可能短的時間內完成測試，此時pH計電極的響應時間會影響到最終pH值的準確性。pH計電極球泡是一種特殊的玻璃膜，在玻璃膜表面有一很薄的水合凝膠層，它只有在充分濕潤的條件下才能與溶液中的H+離子有良好的響應，而由于電極的使用時間延長，玻璃膜表面的水合凝膠層會慢慢受到污染或破壞，將會直接影響電極的靈敏度和準確度。因此，在實際的測試過程中，應選擇對萃取液響應時間短的pH計電極或及時更換新電極，以確保結果的準確性。

3 結論及建議

本文通過對可能影響紡織品pH值測試結果的幾個因素進行試驗研究，結論如下：

（1）pH值符合要求，電導率不符合要求的試驗用水，對pH值較低的偏酸性試樣影響小，但對于中性及堿性的試樣影響較大，尤其是堿性試樣。因此，實驗室應使用符合標準的三級水，并定期對三級水的電導率等指標進行監控，以獲得準確的結果值。

（2）對于采用往復式振蕩方式，其振蕩頻率只要滿足標準要求，即不低于60次/min，對測試結果影響很小。

（3）對于該具有一定拒水性的偏堿性試樣，采用旋轉式振蕩，頻率越高，pH值測試結果越大。頻率接近時，振幅越大，pH值測試結果也會增大。對于有拒水性的試樣，采用旋轉式振蕩，可將頻率或振幅適當地進行調大一些，確保試樣內部能與萃取液之間進行充分的液體交換，以獲得準確的結果值。

（4）pH計電極的使用時間增長，其使用壽命會縮短，電極的響應時間也會變慢，可能會影響偏堿性的試樣的最終pH值。在日常測試中需要選擇對萃取液響應時間短的pH計電極或及時更換新電極，以確保結果的準確性。