什么是氧化還原電位
氧化還原電位(Eh)是一個(gè)描述介質(zhì)氧化還原性質(zhì)相對(duì)程度的化學(xué)參數(shù),根據(jù)Eh值可以直觀的比較介質(zhì)氧化還原性的強(qiáng)弱。下面是我整理的什么是氧化還原電位，歡迎閱讀。
什么是氧化還原電位
氧化還原電位就是用來(lái)反映水溶液中所有物質(zhì)表現(xiàn)出來(lái)的宏觀氧化-還原性。氧化還原電位越高，氧化性越強(qiáng)，電位越低，氧化性越弱。電位為正表示溶液顯示出一定的氧化性，為負(fù)則說明溶液顯示出還原性。
氧化還原電位解釋
氧化還原電位 oxidation-reduction potential，redox potential 不論反應(yīng)形式如何，所謂氧化即失去電子，所謂還原即得到電子，一定伴有電子的授受過程。當(dāng)將白金電極插入可逆的氧化還原系統(tǒng)AH2 A 2e 2H 中，就會(huì)將電子給與電極，并成為與該系的還原能力大小相應(yīng)電位的半電池。將它與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組合所測(cè)得的電位即為該系的氧化還原電位。氧化還原電位值Eh是由氧化型 H2 還原型的自由能(或平衡常數(shù))，pH，氧化型與還原型量的比[ox]/[red]等因子所決定，并得出下式：
(R是氣體常數(shù)， T是絕對(duì)溫度，F(xiàn)是法拉第常數(shù)，n是與系的氧化還原有關(guān)的電子數(shù))。E′是氧化型和還原型等量時(shí)的Eh。在pH為F時(shí)稱為標(biāo)準(zhǔn)電位是表示該系所特有的氧化還原能力的指標(biāo)。將Eh對(duì)應(yīng)還原率做成曲線圖，則得以E0為對(duì)稱點(diǎn)的S型曲線。Eh高的系能將Eh低的系氧化，當(dāng)兩者的Eh相等時(shí)則達(dá)到平衡。但是，這只是在熱力學(xué)上所出現(xiàn)的現(xiàn)象。
氧化還原電位應(yīng)用
實(shí)際上，特別是對(duì)大多數(shù)生物學(xué)上的系統(tǒng)來(lái)說，如不加酶和電子傳遞體，就不會(huì)發(fā)生可認(rèn)出的反應(yīng)。氧化還原電位除能直接對(duì)電位測(cè)定外，尚可根據(jù)平衡常數(shù)的計(jì)算，使用氧化還原指示劑求得。一般生物體內(nèi)的電子傳遞是從氧化還原電位低的方向朝高的方向，例如，有以NAD→黃素酶→細(xì)胞色素C系→O2這樣的方式進(jìn)行的傾向，但也有因酶的特異性及其抑制而不按這種方式進(jìn)行的，由于反應(yīng)成分的濃度，也有可能標(biāo)準(zhǔn)電位低的系統(tǒng)將高的系統(tǒng)氧化的情況。在生物體的氧化還原系統(tǒng)中，多酚類和細(xì)胞色素C、a等是在 200-300mV附近，細(xì)胞色素b和黃素酶在 0—-100mV，在-330mV位置的是NAD，在-420mV位置的是鐵氧化還原蛋白。在活細(xì)胞中，好氧性的細(xì)胞電位高，厭氧性的電位低，酶的活性和細(xì)胞同化能力以及微生物的生長(zhǎng)發(fā)育等也有受氧化還原電位影響的情況。
電位測(cè)定
測(cè)定意義
對(duì)于一個(gè)水體來(lái)說，往往存在多種氧化還原電對(duì)，構(gòu)成復(fù)雜的氧化還原體系。而其氧化還原電位是多種氧化物質(zhì)與還原物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)的綜合結(jié)果。這一指標(biāo)雖然不能作為某種氧化物質(zhì)與還原物質(zhì)濃度的指標(biāo)，但有助于了解水體的電化學(xué)特征，分析水體的性質(zhì)，是一項(xiàng)綜合性指標(biāo)。
測(cè)定 方法
以鉑電極作指示電極，飽和甘汞電極作參比電極，與水樣組成原電池。用電子毫伏計(jì)或通用pH計(jì)測(cè)定鉑電極相對(duì)于飽和甘汞電極的氧化還原電位，然后再換算組成相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極的氧化還原電位作為 報(bào)告 結(jié)果。
計(jì)算式： Ψn = Ψind + Ψref
式中： Ψn ——被測(cè)水樣的氧化還原電位，mV;
Ψind ——實(shí)測(cè)水樣的氧化還原電位，mV;
Ψref ——測(cè)定溫度下飽和甘汞電極的電極電位，mV，可從物理化學(xué)手冊(cè)中查到。
氧化還原電位注意事項(xiàng)
水體的氧化還原電位必須在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。
氧化還原電位受溶液溫度、pH及化學(xué)反應(yīng)可逆性等因素影響。
氧化還原電位及其實(shí)際意義
氧化還原電位是水質(zhì)中一個(gè)重要指標(biāo)，它雖然不能獨(dú)立反應(yīng)水質(zhì)的好壞，但是能夠綜合其他水質(zhì)指標(biāo)來(lái)反應(yīng)水族系統(tǒng)中的生態(tài)環(huán)境。
什么是氧化還原電位呢?在水中，每一種物質(zhì)都有其獨(dú)自的氧化還原特性。簡(jiǎn)單的，我們可以理解為：在微觀上，每一種不同的物質(zhì)都有一定的氧化-還原能力，這些氧化還原性不同的物質(zhì)能夠相互影響，最終構(gòu)成了一定的宏觀氧化還原性。所謂的氧化還原電位就是用來(lái)反應(yīng)水溶液中所有物質(zhì)反應(yīng)出來(lái)的宏觀氧化-還原性。氧化還原電位越高，氧化性越強(qiáng)，電位越低，氧化性越弱。電位為正表示溶液顯示出一定的氧化性，為負(fù)則說明溶液顯示出還原性。
我們的過濾系統(tǒng)，除去反硝化，實(shí)際都是一種氧化性的生化過濾裝置。對(duì)于有機(jī)物來(lái)說，微生物通過氧化作用斷開較長(zhǎng)的碳鏈(或者打開各種碳環(huán))，再經(jīng)過復(fù)雜的生化過程最終將各種不同形式的有機(jī)碳氧化為二氧化碳;同時(shí)，這些氧化作用還將氮、磷、硫等物質(zhì)從相應(yīng)的碳鍵上斷開，形成相應(yīng)的無(wú)機(jī)物。對(duì)于無(wú)機(jī)物來(lái)說，微生物通過氧化作用將低價(jià)態(tài)的無(wú)機(jī)物質(zhì)氧化為高價(jià)態(tài)物質(zhì)。這就是氧化性生化過濾的實(shí)質(zhì)(這里我們只關(guān)心那些被微生物氧化分解的物質(zhì)，而不關(guān)心那些被微生物吸收、同化的物質(zhì))?？梢钥吹?，在生化過濾的同時(shí)，水中物質(zhì)不斷被氧化。生化氧化的過程伴隨著氧化產(chǎn)物的不斷生成，于是在宏觀上來(lái)看，氧化還原電位是不斷被提高的。因此，從這個(gè)角度上看，氧化還原點(diǎn)位越高，顯示出水中的污染物質(zhì)被過濾得越徹底?；氐轿覀兪冀K關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)——無(wú)機(jī)氮上，從無(wú)機(jī)氮的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化過程就能很容易看出氧化還原點(diǎn)位所表征的意義。無(wú)機(jī)氮的來(lái)源是有機(jī)氮，比如蛋白質(zhì)(氨基酸縮聚物)、雜環(huán)化物(碳、氮共同構(gòu)成的環(huán))、重氮、偶氮化物(含有氮-氮三鍵和氮-氮雙鍵的物質(zhì))等。由于這些有機(jī)氮都是還原性的(這些物質(zhì)的化學(xué)鍵不飽合或者不夠飽和，鍵能不夠大，能夠與氧形成更飽和、更穩(wěn)定的化學(xué)鍵，因此認(rèn)為他們具有還原性)，容易被氧化，因此顯示出較低的氧化還原電位。經(jīng)過氨化細(xì)菌的氧化作用，有機(jī)氮被轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮。由于，氨、亞硝酸和硝酸的氧化性是逐漸增強(qiáng)的，隨著硝酸的產(chǎn)生，氧化還原電位將被顯著提高。我們都知道，硝酸是一種氧化性很強(qiáng)的酸，如果水溶液中大量存在硝酸，那么有機(jī)碳是很難存在的，這就是說，較高的氧化還原電位表征出水溶液中有機(jī)物被分解得較為完全。
但是，氧化還原電位是多種物質(zhì)共同影響的。硝酸根離子在不同的酸堿度下顯示出來(lái)的氧化性是完全不同的，酸性越強(qiáng)，氧化還原電位越高，反之則越低。換句話說，同樣的水質(zhì)，通過改變氫離子濃度就能夠改變其氧化還原電位。這說明我們不能僅用氧化還原電位來(lái)簡(jiǎn)單的說硝酸根離子濃度或者說水質(zhì)的好壞。或者說氧化還原電位的高低并不是水質(zhì)好壞的比較標(biāo)準(zhǔn)，氧化還原電位并不能單獨(dú)用于表征水質(zhì)好壞，只是一個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)。
那么我們?nèi)绾蝸?lái)看氧化還原電位的實(shí)際意義呢? 總結(jié) 下來(lái)，可以有下面幾種情況：
1. 間接反映水中硝酸等物質(zhì)的濃度積累程度。在魚缸中，水質(zhì)是相對(duì)穩(wěn)定的，隨著生化過濾的不斷進(jìn)行，氧化態(tài)的不斷提高，溶液的氧化還原電位是不斷提高的。這個(gè)點(diǎn)位的提高與水中高價(jià)態(tài)的無(wú)機(jī)離子濃度的積累是正相關(guān)的。換句話說，在穩(wěn)定的水質(zhì)中，在外界不提供其他無(wú)機(jī)離子的狀況下，我們能夠由氧化還原電位簡(jiǎn)單的估計(jì)出硝酸等物質(zhì)在水中積累的程度。
2. 監(jiān)測(cè)過濾中微生物的氧化效率。上面提到，我們的過濾一般都是處在氧化過濾狀態(tài)，不斷提高水溶液的氧化還原電位。實(shí)際上，微生物就是利用自己獲得的能量，維持自身及周圍環(huán)境在較高的氧化還原電位上。因此，過濾中的水能夠維持在一個(gè)較高的氧化還原電位環(huán)境上，通過監(jiān)測(cè)過濾中的點(diǎn)位，我們可以間接的了解到過濾的效率。反過來(lái)，如果使用到一些還原性的過濾系統(tǒng)，比如反硝化過濾。實(shí)際上這些細(xì)菌就是需要處在較低的氧化還原電位上才能將硝酸還原，那么我們也可以通過氧化還原電位來(lái)估計(jì)反硝化是有足夠的條件存在。一般來(lái)講，正常的反硝化需要維持氧化還原電位在-200至-400之間，微生物才能獲得足夠的氫來(lái)還原硝酸。
3. 反映出水中某些無(wú)機(jī)物的濃度和水生生物狀態(tài)。在一些情況下，我們需要維持水中一些無(wú)機(jī)物的濃度，比如草缸需要不斷補(bǔ)充二氧化碳。我們知道，二氧化碳實(shí)際上就是碳的最高氧化態(tài)，無(wú)論什么形式的碳，在被氧化后最終都是形成穩(wěn)定的二氧化碳。因此我們可以在水中通過氧化還原電位來(lái)顯示這種具有碳原子最高氧化態(tài)的物質(zhì)的濃度。換個(gè)角度來(lái)看這個(gè)問題：草缸中，植物通過二氧化碳的吸收來(lái)釋放氧氣，而
光線就是二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣的催化劑。在光照基本維持恒定的情況下，二氧化碳濃度越高，氧氣就釋放得越多。水中較高的溶解氧則顯示出較高的氧化還原電位。因此還我們可以從氧化還原電位來(lái)看出水生植物釋放氧化性物質(zhì)的效率。
實(shí)際上，氧化還原點(diǎn)位能夠反映出很多很多水質(zhì)問題以及由此帶來(lái)的水生生物狀態(tài)變化。只要對(duì)這個(gè)物理化學(xué)定義有一定的了解，我們就能簡(jiǎn)單的利用儀器來(lái)獲取很多看不到的信息。
微生物分為好氧微生物、嚴(yán)格厭氧微生物、兼性厭氧微生物、兼性好氧微生物 好氧微生物的定義就是：能夠在有氧氣的地方很好的生長(zhǎng)，而且當(dāng)缺少氧氣時(shí)其生長(zhǎng)就會(huì)受阻。
同樣理解厭氧微生物、兼性微生物。
氧化還原電位主要受環(huán)境中氧的影響，同時(shí)也受環(huán)境的pH值以及環(huán)境中的具有氧化還原性質(zhì)物質(zhì)的影響。
一般，好氧微生物在氧化還原電位為正時(shí)都能生長(zhǎng)，而厭氧微生物要求氧化還原電位為負(fù)值，其中嚴(yán)格厭氧微生物要求氧化還原電位在-400mV以下
