что такое кислотность раствора

Кислотность (рН)

Кислотность (лат. aciditas) — характеристика активности ионов водорода в растворах и жидкостях.

В медицине кислотность биологических жидкостей (крови, мочи, желудочного сока и других) является диагностически важным параметром состояния здоровья пациента. В гастроэнтерологии, для правильного диагностирования целого ряда заболеваний, например, пищевода и желудка, одномоментная или даже средняя величина кислотности не является значимой. Чаще всего важно понимание динамики изменения кислотности в течение суток (ночная кислотность нередко отличается от дневной) в нескольких зонах органа. Иногда важно знать изменение кислотности, как реакцию на определенные раздражители и стимуляторы.

Содержание

Водородный показатель pH

Некоторые заблуждения

Если кто-то из пациентов говорит, что у него «нулевая кислотность», то это не более, чем оборот речи, означающий, скорее всего, что у него нейтральное значение кислотности (рН=7). В организме человека величина показателя кислотности не может быть меньше 0,86 рН. Также распространено заблуждение, что величины кислотности могут быть только в диапазоне от 0 до 14 pH. В технике возможен показатель кислотность и отрицательный, и больше 20.

Когда говорят о кислотности кого-либо органа, важно при этом понимать, что часто в различных частях органа кислотность может значительно отличаться. Кислотность содержимого в просвете органа и кислотность на поверхности слизистой оболочки органа также часто бывает не одинаковой. Для слизистой оболочки тела желудка характерно, что кислотность на поверхности слизи, обращенной в просвет желудка кислотность 1,2–1,5 рН, а на стороне слизи, обращённой к эпителию — нейтральная (7,0 рН).

Величина рН для некоторых продуктов и воды

В таблице ниже указаны величины кислотности некоторых распространенных продуктов и чистой воды при разной температуре:

Продукт	Кислотность, ед. рН
Лимонный сок	2,1
Вино	3,5
Томатный сок	4,1
Апельсиновый сок	4,2
Черный кофе	5,0
Чистая вода при 100 °С	6,13
Чистая вода при 50 °С	6,63
Свежее молоко	6,68
Чистая вода при 22 °С	7,0
Чистая вода при 0° С	7,48

Кислотность и пищеварительные ферменты

Очень многие процессы в организме невозможны без участия специальных белков – ферментов, которые катализируют химические реакции в организме, не подвергаясь при этом химическим превращениям. Пищеварительный процесс не возможен без участия разнообразных пищеварительных ферментов, расщепляющих разные органические молекулы пищи и действующих только в узком диапазоне кислотности (своем для каждого фермента). Важнейшие протеолитические ферменты (расщепляющие белки пищи) желудочного сока: пепсин, гастриксин и химозин (реннин) продуцируются в неактивной форме – в виде проферментов и позже активируется соляной кислотой желудочного сока. Пепсин наиболее активен в сильнокислой среде, с pH от 1 до 2, гастриксин имеет максимум активности при рН 3,0–3,5, химозин, расщепляющий белки молока до нерастворимого белка казеина, имеет максимум активности при рН 3,0–3,5.

Протеолитический ферменты, выделяемые поджелудочной железой и «действующие» в двенадцатиперстной кишке: трипсин имеющий оптимум действия в слабощелочной среде, при pH 7,8–8,0, близкий к нему по функциональности химотрипсин наиболее активен в среде с кислотностью до 8,2. Максимум активности карбоксипептидаз А и В 7,5 рН. Близкие значения максимальной и у других ферментов, выполняющих пищеварительные функции в слабощелочной среде кишечника.

Пониженная или повышенная кислотность по отношению к норме в желудке или двенадцатиперстной кишке, таким образом, приводит к существенному снижению активности тех или ферментов или даже их исключению из пищеварительного процесса, и, как следствие к проблемам с пищеварением.

Кислотность слюны и полости рта

Кислотность слюны зависит от скорости слюноотделения. Обычно кислотность смешанной слюны человека равна 6,8–7,4 pH, но при большой скорости слюноотделения достигает 7,8 pH. Кислотность слюны околоушных желёз равна 5,81 pH, подчелюстных — 6,39 pH.

У детей в среднем кислотность смешанной слюны равна 7,32 pH, у взрослых — 6,40 pH (Римарчук Г.В. и др.).

Кислые гастроэзофагеальные и фаринголарингеальные рефлюксы, достигающие полости рта, играют ведущую роль в возникновении патологии полости рта. В результате попадания соляной кислоты происходит снижение кислотности смешанной слюны ниже 7,0 рН. Слюна, в норме обогащенная кальцием, фосфатами, содержащая карбонаты, натрий, калий, магний и обладающая щелочными свойствами, при низком рН, особенно при значениях 6,2–6,0, приводит к очаговой деминерализации эмали зубов с появлением эрозий твердых тканей зубов и образованием в них полостей — кариеса (Новикова В.П., Шабанов A.M.).

Кислотность зубного налета зависит от состояния твердых тканей зубов. Будучи нейтральной у здоровых зубов, она смещается в кислую сторону, в зависимости от степени развития кариеса и возраста подростков. У 12-летних подростков с начальной стадией кариеса (предкариесом) кислотность зубного налета равна 6,96 ± 0,1 pH, у 12–13-летних подростков со среднем кариесом кислотность зубного налета от 6,63 до 6,74 pH, у 16-летних подростков при поверхностном и среднем кариесе кислотность зубного налета равна, соответственно, 6,43 ± 0,1 pH и 6,32 ± 0,1 pH (Кривоногова Л.Б.).

Кислотность секрета глотки и гортани

Кислотность секрета глотки и гортани у здоровых и больных хроническим ларингитом и фаринголарингеальным рефлюксом различна (А.В. Лунев):

Место измерения рН

Среднее значение рН секрета глотки и гортани внутри групп не имеет значимых различий. У больных при сравнении с группой здоровых лиц кислотность секрета глотки и гортани выше (т.е. рН меньше).

Кислотность в пищеводе

Нормальная кислотность в пищеводе 6,0–7,0 рН. В пищевод, кроме пищи и потребляемой жидкости, периодически поступает слюна, имеющая нейтральную и слабощелочную величину кислотности, а также рефлюксат, забрасываемый из желудка гастроэзофагеальными рефлюксами. Чаще рефлюксат имеет кислотность, соответствующую кислотности желудка. Поэтому на время находжения желудочного рефлюксата в пищеводе кислотность последнего увеличивается, величина рН уменьшается до 1,5–2. Если гастроэзофагеальных рефлюксов относительно немного, они считаются физиологичными и не сказываются на состоянии пищевода. В противном случае возможно раздражение рефлюксатом эпителия пищевода и развитие гастроэзофагеальной рефлюксной болезни.

На рисунке выше дан график кислотности в пищеводе здорового человека, полученный с помощью внутрижелудочной рН-метрии (Рапопорт С.И.). На графике хорошо наблюдаемы гастроэзофагеальные рефлюксы – резкие уменьшения кислотности до 2–3 рН, в данном случае являющиеся физиологичными.

Кислотность в желудке. Повышенная и пониженная кислотность

Причиной многих болезней органов пищеварительного тракта является дисбаланс процессов кислотопродукции и кислотонейтрализации. Длительная гиперсекреции соляной кислоты или недостаточность кислотонейтрализации, и, как следствие, повышенная кислотность в желудке и/или двенадцатиперстной кишке, вызывает так называемые кислотозависимые заболевания. В настоящее время к ним относят: пептическую язву желудка и двенадцатиперстной кишки, гастроэзофагеальную рефлюксную болезнь (ГЭРБ), эрозивно-язвенные поражения желудка и двенадцатиперстной кишки на фоне приема аспирина или нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВП), синдром Золлингера-Эллисона, гастриты и гастродуодениты с повышенной кислотностью и другие.

Пониженная кислотность наблюдается при анацидных или гипоацидных гастрите или гастродуодените, а также при раке желудка. Гастрит (гастродуоденит) называется анацидным или гастритом (гастродуоденитом) с пониженной кислотностью, если кислотность в теле желудка составляет примерно 5 или больше ед. pH. Причиной пониженной кислотности часто бывает атрофия париетальных клеток в слизистой оболочке или нарушения в их функциях.

Кислотность в кишечнике

Нормальная кислотность в луковице двенадцатиперстной кишки 5,6–7,9 рН. Кислотность в тощей и подвздошной кишках нейтральная или слабощелочная и находится в пределах от 7 до 8 рН. Кислотность сока тонкой кишки 7,2–7,5 рН. При усилении секреции достигает 8,6 рН. Кислотность секрета дуоденальных желез — от рН от 7 до 8 рН.

Кислотность сока толстой кишки 8,5–9,0 рН.

В нижних отделах толстой кишки значения pH кислотности постепенно возрастают, достигая максимального значения рН в области ректосигмоидального перехода. В нижеследующей таблице дана кислотность в сигмовидной и прямой кишках здорового человека, полученная методом прицельной эндоскопической рН-метрии (Чуркин И.А.):

Номер точки на рисункеКислотность,
ед. рН

Проксимальный отдел сигмовидной кишки77,9±0,1Средний отдел сигмовидной кишки67,9±0,1Дистальный отдел сигмовидной кишки58,7±0,1Надампулярный отдел прямой кишки48,7±0,1Верхнеампулярный отдел прямой кишки38,5±0,1Среднеампулярный отдел прямой кишки27,7±0,1Нижнеампулярный отдел прямой кишки17,3±0,1

Кислотность кала

Кислотность крови

Кислотность плазмы артериальной крови человека колеблется в пределах от 7,37 до 7,43 рН, составляя в среднем 7,4 рН. Кислотно-щелочное равновесие в крови человека является одним из самых стабильных параметров, поддерживающее кислые и щелочные компоненты в определенном равновесии в очень узких границах. Даже небольшой сдвиг от указанных пределов может привести к тяжелой патологии. При сдвиге в кислотную сторону возникает состояние, называемое ацидозом, в щелочную — алколозом. Изменение кислотности крови выше 7,8 рН или ниже 6,8 рН несовместимо с жизнью.

Кислотность венозной крови — 7,32–7,42 рН. Кислотность эритроцитов составляет 7,28–7,29 рН.

Кислотность мочи

У здорового человека при нормальном питьевом режиме и сбалансированном питании кислотность мочи находится в пределах от 5,0 до 6,0 рН, но может колебаться от 4,5 до 8,0 рН. Кислотность мочи новорожденного в возрасте до месяца в норме — от 5,0 до 7,0 рН.

Кислотность мочи повышается, если в рационе человека преобладает мясная пища, богатая белками. Увеличивает кислотность мочи тяжелая физическая работа. Молочно-растительная диета приводит к тому, что моча становится слабощелочной. Повышение кислотности мочи отмечается при повышенной кислотности желудка. Пониженная кислотность желудочного сока не влияет на кислотность мочи. Изменение кислотности мочи чаще всего соответствует изменению кислотности крови. Кислотность мочи изменяется при многие заболевания или состояниях организма, поэтому определение кислотности мочи является важным диагностическим фактором.

В нормальных условиях у здорового человека реакция мочи слабокислая, pH колеблется в зависимости от режима питания между 4,5 и 8. При богатой белками пище моча обычно дает кислую, а при растительной пище – щелочную реакцию. При выделении дифосфатов наблюдается слабощелочная реакция. В патологических условиях моча также может дать сильно выраженную щелочную реакцию, и в таком случае обыкновенно мутна. При дыхательном алкалозе (гипервентиляции) или метаболическом алкалозе, потере кислот с желудочным соком, уменьшении количества калия в крови реакция мочи становится щелочной. Кислая реакция мочи наблюдается при голодании, тяжелых поносах, ацидозе или после принятия внутрь подкисляющих лекарственных средств (хлористого аммония). Исследования производят лишь со свежевыпущенной мочой. Проще всего производить исследования посредством синей и красной лакмусовой бумажки. Кислая моча меняет синий цвет лакмуса на красный, а щелочная – красный на синий. Истинная реакция мочи лучше определяется универсальной индикаторной бумагой с диапазоном от 1—14 (Ишманов М.Ю. и др.).

Кислотность влагалища, цервикального канала и полости матки

По данным Ившина В.Г. и др. (2020) в области наружного зева среда кислая: рН = 6,42 ± 0,026. По ходу цервикального канала величина рН плавно возрастает. В области внутреннего зева величина рН приближается к нейтральной: 6,96 ± 0,013. При продвижении датчика в полости матки отмечается плавное увеличение рН от 7,14 ± 0,11 до 7,19 ± 0,11. На слизистой дна матки среда слабощелочная: рН = 7,22 ± 0,007.

Публикации для профессионалов здравоохранения, затрагивающие проблематику кислотности в женских половых органах

Кислотность спермы

Кислотность кожи

Поверхность кожи покрыта воднолипидной кислотной мантией или мантией Маркионини, состоящей из смеси кожного сала и пота, в которую добавлены органические кислоты — молочная, лимонная и другие, образованные в результате биохимических процессов, протекающих в эпидермисе. Кислотная воднолипидная мантия кожи является первым барьером защиты от микроорганизмов. У большинства людей в норме кислотность мантии равна 3,5–6,7 рН. Бактерицидное свойство кожи, придающее ей способность противостоять микробной инвазии, обусловлено кислой реакцией кератина, своеобразным химическим составом кожного сала и пота, наличием на ее поверхности защитной воднолипидной мантии с высокой концентрацией водородных ионов. Входящие в ее состав низкомолекулярные жирные кислоты, в первую очередь гликофосфолипиды и свободные жирные кислоты, обладают бактериостатическим эффектом, селективным для патогенных микроорганизмов. Поверхность кожи заселена нормальной симбиотической микрофлорой, способной к существованию в кислой среде: Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, Propionibacterium acnes и другие. Некоторые из этих бактерий сами вырабатывают молочную и другие кислоты, внося свой вклад в формирование кислотной мантии кожи.

Верхний слой эпидермиса (кератиновые чешуйки) имеет кислотность с величиной рН от 5,0 до 6,0. При некоторых кожных заболеваниях величина кислотности изменяется. Например, при грибковых заболеваниях рН возрастает до 6, при экземе до 6,5, при угревой сыпи до 7.

Кислотность других биологических жидкостей человека

Кислотность жидкостей внутри человеческого организма в норме совпадает с кислотностью крови и находится в пределах от 7,35 до 7,45 pH. Кислотность некоторых других биологических жидкостей человека в норме приведена в таблице:

Биологическая жидкость	Кислотность в норме, ед. рН
Цитоплазма клеток	около 7,45
Слеза	от 7,3 до 7,5
Ликвор (спинномозговая жидкость)	от 7,35 до 7,8
Желчь	от 8,0 до 8,5
Женское молоко	от 6,9 до 7,5
Панкреатический сок	от 7,5 до 9,0
Синовиальная жидкость (коленный сустав)	от 7,3 до 7,6
Сок предстательной железы	от 6,6 до 6,8

Публикации для профессионалов здравоохранения, затрагивающие проблематику кислотности в органах пищеварения

Меры и эталоны кислотности

Для поверки, калибровки средств измерения кислотности в медицине и технике выпускаются специальные «меры кислотности», «буферные растворы», «стандарт-титры». Они способны поддерживать строго установленную величину кислотности раствора, не меняющуюся при измерениях и в течение определённого времени. Подробнее см. «Стандарт-титры и буферные растворы для калибровки».

На фотографии справа: буферные растворы с рН=1,2 и рН=9,18 для калибровки рН-зондов.

Источник

Кислотность и основность разбавленных растворов кислот и оснований

Мерой силы кислоты или основания, согласно теории Брёнстеда – Лоури является константа кислотности или основности соответственно. Поскольку наиболее распространенным растворителем является вода, измерения проводят обычно в воде. Кислота в воде отдает ей свой протон:

НХ + Н₂ O ↔ Н₃ O + + X –

Применяя закон действующих масс, получим:

В разбавленных растворах [Н₂ O ] = const (=55,5 моль/л), поэтому можно записать

Применяя аналогичный вывод для основания, получим:

Величина К_в называется константой основности и является мерой основности относительно стандарта (в данном случае Н₂O ). Аналогично величине pH константы кислотности и основности можно выразить в логарифмической форме:

Константы кислотности и основности связаны соотношением:

где Kw — константа автопротолиза растворителя (для воды — ионное произведение). Принимая во внимание ( 75 ), получаем уравнение ( 76 ) в виде:

pKw=pKa +pKв ( 77)

рКа = 14 – рКв (78)

Константы кислотности слабых кислот, нерастворимых в воде, определяют в других растворителях относительно друг друга, выстраивая таким образом единую шкалу кислотности. Полученные значения рКа носят приблизительный характер и могут быть использованы только для качественных оценок, например, данные таблицы 6-4 по константам кислотности относительно воды некоторых кислот Бренстеда.

Согласно табл. 6-4, в воде кислотами являются HCIO₄, СН₃СООН, основаниями — С₂Н₅ОН, С₂Н₂, NH₃, С₂Н₄, С₂Н₆; в аммиаке кислоты — HCIO₄, СН₃СООН, С₂Н₅ОН, С₂Н₂, основания — С₂Н₄ и С₂Н₆.

Источник

Измерения кислотности: основы

Существует два основных метода измерения кислотности: метод титрования и электропроводности. Давайте рассмотрим преимущества того и другого метода, ответим на часто задаваемые вопросы, а затем покажем на примере кислотометров ATAGO, как можно упростить процедуру измерения кислотности.

Сравнение методов определения кислотности.

Метод титрования

Кислотно-основное титрование, или просто “метод титрования”, является традиционным методом при определении концентрации той или иной кислот и прописан во многих стандартах. При титровании необходимо использовать специальное оборудование и материалы: например, бюретки и реагенты. Титрование может осуществляться вручную, либо с помощью автоматических титровальных машин, которые представляют из себя дорогостоящие профессиональные системы.

Суть простая: в кислотный раствор постепенно добавляется раствор щелочи (основания), приводя его к точке нейтрализации (pH=7). Необходимо тщательно контролировать количество щелочного раствора, чтобы не перейти точку нейтрализации. В этом случае весь раствор из кислотного перейдёт в щелочной.

Для определения точки нейтрализации в раствор добавляют 1-2 капли индикатора (фенолфталеина). И когда раствор переходит в щелочной, в фенолфталеине происходит реакция, которая заставляет цвет изменяться. Концентрацию кислоты определяют по количеству щелочного раствора, которое понадобилось для изменения цвета индикатора (достижения точки нейтрализации).

Концентрация кислоты * объём кислотного раствора * коэффициент = концентрация щелочного раствора * объём добавленного щелочного раствора

Концентрация кислоты выражается из приведённого выше выражения. Коэффициенты различаются для разных типов кислот.

В отличие от ручного способа титрования автоматические титраторы используются pH-сенсор, погружённый в раствор. Определить точку нейтрализации (pH=7.0) таким способом довольно сложно, поэтому часто за конечную точку принимают pH=8.2, 8.0, 7.8 или 7.2.

Метод титрования

Метод электропроводности (измерители кислотности)

Кислотомеры ATAGO измеряют концентрацию кислоты в образце с помощью метода электропроводности. Серия гибридных приборов PAL-BX|ACID представляет собой рефрактометр и кондуктометр в одном корпусе, что позволяет измерить как сухие вещества, так и концентрацию кислоты.

Сахаристость (Brix).

Показатель преломления будет изменяться от концентрации вещества, то есть содержания в нём сухих веществ. Серия PAL-BX|ACID позволяет без особых усилий получать рефрактометрические показания по шкале Brix.

Концентрация кислоты.

Электропроводимость раствора изменяется при изменении концентрации кислоты в нём. Так как с помощью рефрактометра данное изменение определить крайне затруднительно, мы рекомендуем использовать кислотомер-кондуктометр серии PAL-BX|ACID. В пищевых образцах, как правило, присутствует органические кислоты, которые являются очень слабыми электролитами. Вследствие чего необходимо перед измерениями разбавлять образец дистиллированной водой.

Каждая модель из серии кислотомеров оборудована собственной шкалой, нацеленной на измерения отдельных типов фруктов, овощей или других образцов. Пожалуйста, выбирайте модель, наиболее подходящую для ваших образцов.

Кондуктометрический метод

Кислотометры ATAGO

Кислотомеры-кондуктометры ATAGO выпускаются в двух сериях: PAL-Easy ACID (кислотомер) и PAL-BX/ACID (кислотомер и рефрактометр). Существуют модели со шкалами для различных образцов (например, PAL-BX ACID 101 имеет шкалу с концентрацией кислоты пива).

Дополнительно каждый прибор может поставляться в комплектации Master kit или Unit. Содержимое данных комплектаций можно посмотреть на картинке ниже.

Образец / кислотность	На упаковке	Кондуктометр	Титрование
Чистой рисовый уксус A	4.5	4.35	4.51
Зерновой уксус B	4.2	4.25	4.28
Чистый винный уксус C	5.0	5.68	5.11
Чистый уксус из дикого риса C	4.5	4.92	4.41
Уксус из дикого риса Кагосимы D	4.2	4.07	4.49
Чистый необработанный уксус из коричневого риса E	4.5	4.15	4.74
Чёрный уксус Ринкокусан C	4.2	4.51	4.05

В чём разница между уровнем кислотности и pH?

Уровень кислотности отображает концентрацию кислоты, содержащуюся в растворе, и является индикатором, позволяющим определять кислый вкус. В Японии уровень кислотности выражается в процентах, то есть сколько грамм кислоты содержится в 100 мл раствора. В других странах могут использоваться другие величины: например, граммы кислоты на литр раствора. Для измерения кислотности может также использовать водородный показатель pH, с помощью которого можно определить, является ли раствор кислотным, щелочным или нейтральным. Несмотря на то, что между pH и концентрацией кислоты есть зависимость, их принцип различается. pH отображает концентрацию ионов водорода (H+) в растворе. С помощью pH можно определить примерную концентрацию сильных кислот (например, соляной), а слабых (органических) – очень трудно.

Например, возьмём два апельсина с одинаковым показателем Brix, но разными концентрациями кислоты. Первый будет очень кислым, а второй нормальным. Несмотря на такую разницу во вкусе, pH составляет, соответственно, 3.3 и 3.5.

Что такое пересчёт из общей кислотности?

Многие образцы, включая фрукты, состоят не из одной органической кислоты, а из смеси нескольких. Например, всем понятно, что в уксусе содержится уксусная кислота, но не все знают, что в нём также содержатся и другие кислоты (лимонная, яблочная и другие). А пропорции кислот очень сильно изменяются в зависимости от типа фрукта. Например, в апельсинах преобладающей будет лимонная кислота, в яблоках – яблочная, в томатах – лимонная и яблочная, а в винограде – винная и яблочная. В зависимости от этих пропорций показания концентрации кислоты будут отличаться. Поэтому чтобы не измерять каждую кислоту по отдельности, измеряется общая кислотность, а затем производится пересчёт на ту или иную отдельную кислоту.

Например, при измерении винограда общая кислотность будет содержать винную и яблочную кислоты. После измерения общей кислотности будет произведён пересчёт на винную кислоту. Таким образом измерение общей кислотности позволяет определить содержание отдельной органической кислоты в том или ином фрукте (образце).

Функция офсета.

Несмотря на корреляцию между значениями кислотности, полученными методом титрования и электропроводности), из-за различий в подходах конечные показания могут отличаться. Благодаря наличию корреляции, возможно привести значения к таким, чтобы они согласовывались со значениями, полученными методом титрования. В кислотомеры ATAGO серий PAL-Easy ACID и PAL-BX/ACID встроена функция офсета, которая позволяет вводить поправочный коэффициент в полученные значения.

Для функции офсета используется следующая формула:
y=ax+b, где y – конечные показания кислотности, которые будут выводиться на экране, x – изначальные показания кислотности, a – линейный коэффициент, b – добавление или вычитание единичного значения.

Источник