紡織品pH值測(cè)試的幾個(gè)影響因素研究

文/趙向旭 張煥 任志博

紡織品在加工生產(chǎn)和后整理等過(guò)程中，通常會(huì)在產(chǎn)品表面殘留一些酸、堿和助劑等化學(xué)物質(zhì)，所以幾乎所有服裝、面料中都會(huì)存在一定的酸堿度，用pH值來(lái)表征。pH值超標(biāo)的紡織品若與皮膚密切接觸，會(huì)引起皮膚瘙癢或過(guò)敏，進(jìn)而對(duì)人體健康造成傷害?，F(xiàn)行國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 18401—2010《國(guó)家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》［1］對(duì)紡織品不同類(lèi)別pH值的范圍做出了限定，同時(shí)也規(guī)定了pH值測(cè)試方法按照GB/T 7573—2009《紡織品 水萃取液pH值的測(cè)定》［2］執(zhí)行。但標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)測(cè)試過(guò)程的描述及試驗(yàn)參數(shù)的要求較為粗略，未規(guī)定具體的振蕩頻率、振幅以及pH電極使用時(shí)間等。在pH值的實(shí)際測(cè)定過(guò)程中，各種因素都可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生較大影響［3］。隨著紡織科技的進(jìn)步，有拒水等性能的功能性紡織品越來(lái)越多，對(duì)于這類(lèi)型的面料的pH值測(cè)試，不同檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)結(jié)果可能差異很大。本文選擇了一些代表性的試樣，結(jié)合pH值檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)實(shí)際操作過(guò)程中影響pH值測(cè)試的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)未詳細(xì)規(guī)定參數(shù)進(jìn)行了探討，以期盡可能減少測(cè)量誤差［4］。

1 試驗(yàn)

1.1 試劑

試驗(yàn)用水：①pH值5.7，電導(dǎo)率1.1ms/m；②pH值6.1，電導(dǎo)率0.2ms/m。

0.1mol/L氯化鉀溶液：①號(hào)試驗(yàn)用水配制，pH值5.8；②號(hào)試驗(yàn)用水配制，pH值5.7。

3種標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液pH值：4.01、7.00、9.21。

1.2 儀器

S220型pH計(jì)；電極InLab Expert Pro；SPH-3312型往復(fù)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(yàn)步驟

選用不同的試樣若干個(gè)，剪成5mm×5mm大小，按照GB/T 7573—2009的試驗(yàn)方法，測(cè)試試樣的pH值。對(duì)試驗(yàn)用水、往復(fù)式振蕩頻率、振幅及pH計(jì)電極這4個(gè)影響因素的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如下：

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

方案（2）：保持振幅及pH電極一致，設(shè)置往復(fù)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(gè)有代表性的試樣進(jìn)行試驗(yàn)。

方案（3）：組織4家檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)同一偏堿性，且具有一定拒水性的試樣測(cè)試其pH值，均采用旋轉(zhuǎn)式振蕩方式，設(shè)置不同的振蕩頻率和振幅。

方案（4）：隨機(jī)選取不同的試樣20個(gè)，用更換的新電極和使用兩個(gè)月后的同一型號(hào)舊電極同時(shí)測(cè)試萃取液的pH值，并記錄電極達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)用水對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

按照方案（1）進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同試驗(yàn)用水試樣的pH值

對(duì)于試驗(yàn)用水，標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法》［5］中三級(jí)水的要求。而三級(jí)水最主要的兩個(gè)指標(biāo)要求分別為：pH值5.0～7.5，電導(dǎo)率≤0.5ms/m。本試驗(yàn)中，①和②號(hào)試驗(yàn)用水的pH值分別為5.7和6.1，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，而①號(hào)試驗(yàn)用水的電導(dǎo)率為1.1ms/m，已經(jīng)超出了標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)蒸餾水的電導(dǎo)率小于0.5ms/m時(shí)，蒸餾水的pH值只要在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，對(duì)樣品的最終pH值影響很?。?］。

由表1可知，不同的試驗(yàn)用水，對(duì)于偏酸性的試樣影響很小，但對(duì)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(duì)于偏酸性的試樣，由于溶液中H+離子濃度大，而pH電極是對(duì)氫離子活度具有高選擇性的離子選擇電極［7］，此時(shí)試驗(yàn)用水的電導(dǎo)率對(duì)電極干擾很小，對(duì)測(cè)試結(jié)果影響很小。而對(duì)于中性，特別是堿性較強(qiáng)的溶液，由于H+離子濃度的大大降低，此時(shí)電導(dǎo)率高的試驗(yàn)用水對(duì)pH計(jì)電極測(cè)量的干擾大大增加，因而導(dǎo)致最終pH值偏差較大。因此，需要使用符合標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗(yàn)用水，才能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 往復(fù)式振蕩頻率對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

按照方案（2）進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，在60次/min～120次/min的振蕩頻率范圍內(nèi)，所有試樣的偏差值均在0.2以?xún)?nèi)。試驗(yàn)過(guò)程中觀察到3#、5#、9#、10#化纖類(lèi)試樣不易潤(rùn)濕，具有一定的拒水性，其余試樣潤(rùn)濕情況良好。而對(duì)于易潤(rùn)濕的試樣，偏差值均在0.1以?xún)?nèi)，對(duì)于不易潤(rùn)濕的試樣偏差值也在0.2以?xún)?nèi)，說(shuō)明往復(fù)式振蕩方式的頻率只要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，即不低于60次/min，對(duì)測(cè)試結(jié)果影響很小。

表2 往復(fù)式振蕩不同頻率下試樣的pH值

2.3 旋轉(zhuǎn)式振蕩頻率和振幅對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

由于標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7573—2009只對(duì)不同振蕩方式的振蕩頻率做了相應(yīng)要求（往復(fù)式≥60次/min，旋轉(zhuǎn)式≥30周/min），而沒(méi)有對(duì)振幅大小有具體指標(biāo)要求。按照方案（3）進(jìn)行試驗(yàn)，本次試驗(yàn)中，4家檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室均采用了旋轉(zhuǎn)式振蕩，各家設(shè)置的頻率和振幅均不一致， 測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，對(duì)于該具有輕微拒水性的偏堿性試樣，頻率越高，pH值測(cè)試結(jié)果越大。頻率接近時(shí)，振幅越大，pH值測(cè)試結(jié)果也會(huì)增大。試驗(yàn)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)，該面料在振蕩過(guò)程中會(huì)部分掛在瓶壁或漂浮于水面上方，設(shè)置較小的振蕩頻率和振幅時(shí)不能保證試樣內(nèi)部能與萃取液之間進(jìn)行充分的液體交換，因而測(cè)試結(jié)果會(huì)偏低。因此，對(duì)于一些有拒水性的試樣，采用旋轉(zhuǎn)式振蕩，可將振蕩頻率調(diào)大一些，或者選用振幅大一點(diǎn)的振蕩器，以確保獲得準(zhǔn)確的結(jié)果值。

表3 旋轉(zhuǎn)式振蕩下不同頻率和振幅下試樣的pH值

2.4 pH計(jì)電極使用時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

按照方案（4）進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知，新、舊電極pH值測(cè)試結(jié)果偏差ΔpH均在0～0.4之間，對(duì)于偏酸或偏堿的試樣ΔpH在0.2以?xún)?nèi)，說(shuō)明新、舊電極的平行性好、可靠性好。但新舊電極對(duì)溶液達(dá)到的穩(wěn)定時(shí)間差異較大，舊電極對(duì)于偏酸性溶液（9#和14#）或堿性溶液（11#和12#）反應(yīng)時(shí)間稍快，在60s以?xún)?nèi)能達(dá)到穩(wěn)定值，而對(duì)于偏中性的樣品，反應(yīng)時(shí)間比較緩慢，甚至達(dá)到了3min以上（7#）。新電極對(duì)于絕大部分溶液的反應(yīng)時(shí)間均在50s以?xún)?nèi)，效率明顯提高。

表4 pH計(jì)電極不同使用時(shí)間下試樣的pH值

而對(duì)于某些偏堿性的萃取液，空氣中的二氧化碳會(huì)溶解于萃取液中，增加溶液酸度，pH值會(huì)下降，所以萃取液應(yīng)該在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)試，此時(shí)pH計(jì)電極的響應(yīng)時(shí)間會(huì)影響到最終pH值的準(zhǔn)確性。pH計(jì)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(rùn)的條件下才能與溶液中的H+離子有良好的響應(yīng)，而由于電極的使用時(shí)間延長(zhǎng)，玻璃膜表面的水合凝膠層會(huì)慢慢受到污染或破壞，將會(huì)直接影響電極的靈敏度和準(zhǔn)確度。因此，在實(shí)際的測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)選擇對(duì)萃取液響應(yīng)時(shí)間短的pH計(jì)電極或及時(shí)更換新電極，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論及建議

本文通過(guò)對(duì)可能影響紡織品pH值測(cè)試結(jié)果的幾個(gè)因素進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)論如下：

（1）pH值符合要求，電導(dǎo)率不符合要求的試驗(yàn)用水，對(duì)pH值較低的偏酸性試樣影響小，但對(duì)于中性及堿性的試樣影響較大，尤其是堿性試樣。因此，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)使用符合標(biāo)準(zhǔn)的三級(jí)水，并定期對(duì)三級(jí)水的電導(dǎo)率等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，以獲得準(zhǔn)確的結(jié)果值。

（2）對(duì)于采用往復(fù)式振蕩方式，其振蕩頻率只要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，即不低于60次/min，對(duì)測(cè)試結(jié)果影響很小。

（3）對(duì)于該具有一定拒水性的偏堿性試樣，采用旋轉(zhuǎn)式振蕩，頻率越高，pH值測(cè)試結(jié)果越大。頻率接近時(shí)，振幅越大，pH值測(cè)試結(jié)果也會(huì)增大。對(duì)于有拒水性的試樣，采用旋轉(zhuǎn)式振蕩，可將頻率或振幅適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行調(diào)大一些，確保試樣內(nèi)部能與萃取液之間進(jìn)行充分的液體交換，以獲得準(zhǔn)確的結(jié)果值。

（4）pH計(jì)電極的使用時(shí)間增長(zhǎng)，其使用壽命會(huì)縮短，電極的響應(yīng)時(shí)間也會(huì)變慢，可能會(huì)影響偏堿性的試樣的最終pH值。在日常測(cè)試中需要選擇對(duì)萃取液響應(yīng)時(shí)間短的pH計(jì)電極或及時(shí)更換新電極，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。