圖片：索倫森(S. P. L.Sørensen)所發明的pH值概念對於後世化學上測定酸鹼數值以及玻璃電極測定法(與後續相關的各類電極法)均有很大的啟發(圖片引自維基共享資源)。
作者：嚴融怡
1909年，索倫森(S. P. L.Sørensen)引入了pH值這種對數表現酸鹼值的概念，同年F. Haber和Z. Klemensiewicz也在卡爾斯魯厄化學學會(The Society of Chemistry in Karlsruhe)上報告了他們對玻璃電極的研究結果。這兩項成果引致了許多化學家投入玻璃電極法所對於新酸鹼數值(pH)的測定驗證研究。1925年，菲麗絲瑪格麗特(Phyllis Margaret Tookey Kerridge)這位卓越的女性生理學家兼化學家正式開發了第一台運用於分析血液樣本的玻璃電極，她所發明的微型pH電極也是今日許多pH儀和pH筆等各類測定pH玻璃電極的濫觴。在pH玻璃電極被發明出來之後，也加速了一系列電極法測定各項化學數值的研究里程。今日我們知道包括電導度、總溶解固體(TDS)以及氧化還原電位等數值也都能使用便利的電極法進行測定的工作。
圖片：pH玻璃電極(圖片引自維基共享資源)
氧化還原電位(ORP)值是水溶液氧化還原能力的測量指標，也是透過電化學角度來反映水體(如湖泊或河流)本身的凈化或分解有機污染物質能力的重要指標，對於土壤、海洋與海洋底泥等環境化學的背景測定也相當重要。常用單位為mV。軟水的ORP值較高。自來水的ORP值在150至550mV之間。淡水水草魚缸的ORP經驗值常設定界於230mV到260mV之間，海水魚缸的ORP經驗值則經常設置在350mV到450mV之間。池塘水與礦泉水中的ORP值如果等於或高於650mV，就經驗來說其含菌量通常是可被接受的。許多微生物的酵素催化作用也牽動氧化還原反應，生物體能否進行氧化還原作用也取決於環境中的氧化還原狀態。
圖片：氧化還原電位ORP測定筆
ORP數值較高，表示環境趨向於氧化的方向，也可反映水體中氧氣含量較高，一些分解生物殘體或汙染物的細菌在有氧條件下可以有效地進行代謝。分解汙物的能力也越強。一般ORP數值越高，則對於淡水水體而言越為健康。河川或湖泊下層水體接近底泥沉積物的部位，由於有許多微生物在沉積物當中進行有機物的分解，因此較容易消耗大量的氧氣，也因而會使ORP下降。ORP的測量也能反映出水體溶解氧在水質受汙染或底層沉積物改變時的變動情形。在進行污水處理的過程中，主要是運用自然界的微生物來對污水中的各類有機物或無機物進行氧化還原反應以達到降解去除的過程，因此通過檢測污水的氧化還原電位，也能反映污水氧化還原能力的強弱、汙染物的輸入情形以及汙水處理的難易度等等。
各種污水處理的微生物所要求的氧化還原電位不同。一般好氧微生物在100mV以上均可生長，最適數值為300mV到400mV；兼性厭氧微生物在100mV以上時可進行好氧呼吸，而在100mV以下時則進行無氧呼吸；專性厭氧細菌要求則為-200mV到-250mV，其中專性厭氧產甲烷菌要求則為-300到-400mV，最適數值約為-330mV。好氧活性污泥法系統當中正常的氧化還原環境約在200mV到600mV之間。環境中的pH值對氧化還原電位也有影響。pH值越低，氧化還原電位越低；pH值越高，氧化還原電位越高。在厭氧消化反應過程當中，產甲烷比起產氫需要有更佳的厭氧環境。Clostridium菌(產氫菌)適宜生長條件的ORP範圍為 -400到-200 mV 之間；若低於-500 mV則為甲烷化反應。若高於-150mV，則產氫菌將會受到抑制。汙水處理廠針對高磷的去除也常會同時運用厭氧過程和好氧過程的ORP轉換，先以厭氧菌群來釋放汙染物中的磷，之後再運用好氧菌群吸附過量的磷元素。
參考引用資料：
1.淡江大學水環系水汙染旁聽筆記。2009。
2.張信堃。2011。微生物燃料電池產電效能之研究-以活性污泥水解產物為基質。朝陽科技大學環境工程與管理系碩士論文。 http://ir.lib.cyut.edu.tw:8080/bitstream/310901800/27323/1/099CYUT5087036-001.pdf
3.ORP值(氧化還原值) ─邁多科技股份有限公司
https://www.yalab.com.tw/CL/KL/ORP值-氧化還原值.asp
4. Glass electrode -wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Glass_electrode
5.S. P. L. Sørensen -wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/S._P._L._S%C3%B8rensen
延伸閱讀：
1.【自然系列-化學 | 酸鹼04】(pH值)超好用!酸鹼新指標pH值 【上】
https://www.youtube.com/watch?v=teX6EXPXfEY
2.【自然系列-化學 | 酸鹼04】(pH值)超好用!酸鹼新指標pH值 【下】
https://www.youtube.com/watch?v=EVvxj1O-9GI
3.高中化學_選修化學(上)_氧化還原電位的意義【莫斯利高中自然科教學網】
https://www.youtube.com/watch?v=fogR2t-vFBI
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[個人寫作]淺談氧化還原電位的應用
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