국립식량과학원

2) pH의 측정
간단한 용액의 pH는 앞의 예와 같이 쉽게 계산되지만 실제로 식품분석에서 사용되는 대부분의 용액은 대단히 복잡하여 그 pH가 쉽게 계산되지 않기 때문에 지시약이나 pH 미터를 이용하여 pH를 측정하게 된다.

표 1-5. 지시약과 그 변색범위

Indicator	pH Range	Acid Color	Base Color
Methyl violet	0.5 ∼1.5	Yellow	Blue
Thymol blue	1.2 ∼ 2.8	Red	Yellow
Methyl yellow	2.9 ∼ 4.0	Red	Yellow
Methyl orange	3.1 ∼ 4.4	Red	Yellow
Bromomphenol blue	3.0 ∼ 4.6	Yellow	Blue-violet
Bromocresol green	3.8 ∼ 5.4	Yellow	Blue
Methyl red	4.2 ∼ 6.3	Red	Yellow
Chlorophenol red	4.8 ∼ 6.4	Yellow	Red
Bromothymol blue	6.0 ∼ 7.6	Yellow	Blue
Paranitrophenol	6.2 ∼ 7.5	Colorless	Yellow
Phenol red	6.4 ∼ 8.0	Yellow	Red
Cresol red	7.2 ∼ 8.8	Yellow	Red
Thymol blue	8.0 ∼ 9.6	Yellow	Blue
Phenolphthalein	8.0 ∼ 9.8	Colorless	Red
Thymolphthalein	9.3 ∼ 10.5	Colorless	Blue
Alizarin yellow R	10.1 ∼ 12.0	Yellow	Violet

▶ 지시약
지시약은 주변의 pH가 변화함에 따라 자신의 색이 변화하기 때문에 지시약을 이용하면 대략 그 용액의 pH를 알 수 있다. 표 1-5에는 주요한 지시약과 그 변색범위를 나타내었다.
지시약은 그 자신이 약한 산이기 때문에 용액중에서 다음과 같이 해리한다.
H-indicator(지시약) = H⁺ indicator ^-이 반응식의 해리상수는
K_a = [H⁺][indicator]/[H-indicator] 이며, 이 식을 다시 정리하면
K_a/= [indicator]/[H-indicator] 이 된다. 지시약은 pK_a(-log K_a)보다 낮은 pH에서는 대부분이 비해리형의 H-indicator로 존재하지만 pK_a보다 높은 pH에서는 색상이 다른 이온형, 즉 indicator ^-로 존재한다. 예를 들면 표 1-5에 나타난 바와 같이 ρ-nitrophenol은 pH 6.2∼7.5에서 무색에서 황색으로 변한다. 즉 산성에서는 무색인 벤젠형으로 존재하지만 알칼리성에서는 해리하여 황색을 quinone형으로 된다. 일반적으로 지시약은 비해리형과 이온형의 비율이 10배 이상 차이가 날 때 한쪽의 색깔이 분명하게 나타나게 된다. 그러므로 지시약으로는 pH값을 정확하게 측정할 수 없으며 pH 1∼2 범위의 오차가 따르기 마련이다.

그림1-11 pH meter(33쪽 사진)
(식품분석, 김창한등, 고문사)

▶ 지시약 또는 시험지에 의한 pH의 측정
pH의 변화에 있어서 색조를 변하게 하는 유기시략을 지시약이라고 하며 중화 적정의 종점을아는 것과 pH의 측정 등에 사용한다. 이들의 종류는 표 5-1와 같으며 한 종류의 지시약의 변색영역은 좁기 때문에 목적에 맞도록 선택하던가 또는 수종의 지시약을 종합하여 사용한다.

표 5-2 지시약


지 시 약	변 색 구 역 과 색 소			지시약 농 도	용 매	용액100ml당 첨 가 량
Thymol Blue Methyl Orange Bromphenol Blue Methy Red P-Nitrophenol Bromphenol Purple Bromothymol Blue Neutral Red Litmus Phenol Red Cresol Blue Tymol Blue Phenolphthalein Tymolphthalein	적 적 황 적 무 황 황 적 적 황 황 황 무 무	pH 1.2∼2.8 31.∼4.4 3.0∼4.6 4.2∼6.3 5.0∼7.0 5.2∼6.8 6.0∼7.6 6.8∼8.0 7.2∼8.8 6.8∼8.0 7.2∼8.8 8.0∼10.0 8.2∼10.0 9.3∼10.5	황 등황 청 황 황 초 청 노 청 적 적 청 적 청	% 0.1 0.1 0.1 0.2 0.4 0.1 0.1 0.1 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1	alcohol 20% alcohol 水 20% alcohol 60% alcohol 水 20% alcohol 20% alcohol 70% alcohol 水 20% alcohol 20% alcohol 20% alcohol 60% alcohol 80% alcohol	적 2∼5 3∼5 2∼5 2∼4 3∼20 1∼4 1∼4 2∼4 10∼20 1∼4 1∼4 1∼4 3∼10 3∼10

표 5-3 혼합지시약


혼합지시약용액의조성	산성색	변색점	염기성색	비 고
┌1部 Methyl red │ (0.2% alcohol) └1部 Methylene Blue (0.1% alcohol) ┌1部 Netual red │ (0.1% alcohol) └1部 Methylene Blue (0.1% alcohol) ┌1部 TymBollue │ (0.1% alcohol) └3部 Phenolphtalein (0.1% alcohol)	적자 자청 황	5.4 7.0 9.0	청 청 자	pH5.2에서 적자색 pH5.4에서 청색 pH5.2에서 녹색 50% alcohol에 용해

지시약을 여과지에 흡수시켜 건조한 것을 pH시험지라고 말하며 간편한 pH 측정에 사용한다. 이것은 표준정색표를 부착하여 시판되고 있다. 이 시험지 조각을 핀센트로 집어서 공시 시험액에 담그면 모세관 현상으로 침투하는 액에 의하여 시험지의 변색의 정도를 표준정색표와 비교하여서 pH를 알수가 있다.

▶ 중화적정을 할 때 지시약의 사용법
산 또는 알카리를 알카리 또는 산으로 적정중화하는 것은 수소 이온 농도의 감소 또는 증대를 수반하게 된다. 당연히 여기에는 pH의 변동이 일어난다. 적정의 진행에 따라 적정액의 pH가 변하는 모양을 표시한 곡선을 적정곡선이라고 말하며 이 예를 그림 5-1, 5-2에 나타내었다.

	그림 5-1 ^N/₁₀NCl의 NaOH에의한			그림 5-2^N/₁₀NCl의 암모니아에 의한
		적정곡선			적정곡선과 ^N/₁₀초산의 NaOH에 의한 적정곡선

그림 5-1에 나타낸 강산과 강염기의 중화적정 곡선을 보면 적정종점을 알려고하는 목적에서는 상당히 넓은 범위(pH4.2∼10.0)의 지시약을 사용하여도 좋다.
한편 그림 5-2의 약산 또는 약 알카리를 강알카리, 강산으로 적정하면 적정종점에 있어서 pH의 변화가 비교적 적으므로 한정된 지시약 외에는 사용할 수 없다. 사용목적에 따른 지시약 선택 기준은 다음과 같다.

① 강산과 약염기와의 중화에서는 거의 모든 지시약을 사용하여도 좋다
② 강산과 약염기와의 중화에서는 비교적 강산의 지시약(methyl ornge, methyl red)사용하는 것이 좋다
③ 약산성과 약염기와의 중화에서는 비교적 약산의 지시약(phenolphthalein)을 사용하는 것이 좋다.
④ 약산성과 약염기와의 중화에는 어떤 지시약을 사용하여도 예민한 중화정을 나타내지 않는다.

(식품분석-이론및실습, 조덕제등, 지구문화사)

【2】 pH 측정

▶ 식품과 pH
순수한 물도 다음과 같이 조금 전이한다.
H₂O⇔H⁺+OH^-
이온적 = [H⁺] [OH^-] = 10^-14g ion/ℓ
어떤 수용액 중의 [H⁺]의 역수의 상용대수를 pH라고 한다.

1-12
그림 1-12 pH 와 [H⁺], [OH^-]

식품에서 pH는 여러 가지 의의를 가진다. 곧 과실은 신맛과 단맛이 합쳐서 독특한 과실의 풍미를 이루고, 유산음료나 김치 등의 맛도 따지고 보면 신맛이 주가 되어 있다. 뿐만 아니라 과실 jam을 오래 저장할 수 있는 것은 jam이 신맛을 가져서 pH가 낮기 때문이다. 그러므로 식품의 pH를 측정한다는 것은 간단한 일이나 식품분석에서는 중요한 항목의 하나이다.

▶ pH 측정
pH 측정법은 pH시험지를 이용하는 법과, pH meter 로써 하는 전기적 측량법의 두 가지 방법이 있다.

[pH 시험지를 이용하는 법]
pH 시험지는 pH 지시약을 칠하여 말린 것이다. 시험지를 공시액에 담가서 발색된 색깔을 표준변색표와 비교하여 pH meter 측량법에 비할 수는 없다. pH시험지는 다음과 같이 주의하여 사용한다.
① pH 시험지는 빛에 쬐지 않도록 통에 담아 두어야 한다.
② 사용할 때는 공시액에 담가서 바로 표준변색표와 비교한다. 시험지에 묻은 공시액이 모세관현상으로 빨려 나간 부분의 변색과 비교한다.
③ 표준변색표는 오염·퇴색하기 쉬우므로 사용한 후는 빛에 쬐지 않도록 보관하여 둔다.

표 1-3 pH 시험지에 이용되는 지시약

지시약	기호	변색범위	산성색-alkali 성색
cresol red	CR	0.2∼1.8	red-yellow
thymol blue	TB	1.4∼3.4	red-orange
bromphenol blue	BPB	2.8∼4.4	yellow-violet
bromcresol green	BCG	4.0∼5.6	yellow·green-blue
methyl red	MR	4.2∼6.3	red-yellow
bromcresol purple	BCP	5.2∼6.8	yellow-blue·violet
bromthymol blue	BTP	6.2∼7.8	yellow-blue
cresol red	CR	7.2∼8.8	orange-red
thymol blue	TB	8.0∼9.6	yellow-blue·violet
alizarin yellow	ALY	10.0∼12.0	yellow·green-red·orange
alkali blue	ALB	11.0∼13.6	blue-red·violet

(식품분석, 이만정, 동명사)

§ 3. pH
pH의 측정법에는 지시약에 의한 비색법과 전기적 방법이 있는데, 앞에 것은 pH를 대강 잴 때 쓰이며, 뒤에 것은 pH를 정확하게 잴 때 쓴다.

▶ 비 색 법
비색법에는 지시약을 직접 시료에 넣어 표준색과 비교하는 방법도 있으나, 지시약 용액을 여지에 침투시켜서 건조한 pH 시험지를 쓰는 것이 편리하다.

[시 료]
시료에 색이 있든지, 흐린 시료 또는 증류수와 같이 완충 작용이 없는 것은 측정하기가 어렵다.

[pH 시험지와 변색표]
㉮ pH 시험지
보통 제4표와 같은 종류로 된 것이 쓰이는데,이것은 한 세트(set)로 판매된다.

[제4표] pH 시험지의 종류

pH 시험지의 명칭	약자 표시	유효 pH의 범위
크레졸레드(cresol red) 시험지 티몰블루우(thymol blue) 시험지 브롬페놀블루우(brom phenol blue) 시험지 요오드페놀블루우(iodo phenol blue) 시험지 브롬크레졸그리인(brom cresol green) 시험지 메틸레드methyl red) 시험지 브롬티몰블루우(brom thymol blue) 시험지 페놀레드(phenol red) 시험지	CR 시험지 TB 시험지 BPB 시험지 IPB 시험지 BCG 시험지 MR 시험지 BTB 시험지 PR 시험지	0.4~2.0 7.2~8.8 1.4~3.0 8.0~9.6 2.8~4.4 3.6~5.2 4.0~5.6 5.4~7.0 6.2~7.8 6.6~8.2

㉯ 변색표
시험지의 변색 정도에 따라 pH를 알게 되어 있는 것으로, 보통 pH시험지와 함께 판매되고 있다.

[측정 조작]
시료의pH에 가까울 것으로 생각되는 pH 시험지를 골라 이것을 핀셋으로 집어 pH시험지의 다른 쪽을 시료에 담갔다가 바로 꺼내서 시료가 묻은 부분의 색을 변색표와 비교하여 그것에 일치하는 색을 고르면, 그 색에 해당하는 pH가 시료의 pH로 된다.

(식품가공, 김재욱등, 향문사)

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