ISO 19396-22025 油漆和清漆 pH值的测定 第2部分采用ISFET技术的pH传感器标准立项发展报告

油漆和清漆pH值的测定第2部分：采用ISFET技术的pH传感器标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PaintsandVarnishes—DeterminationofpHValue—Part2:pHSensorswithISFETTechnology摘要pH值是表征油漆和清漆配方及其性能特性的关键理化参数，对涂料产品的稳定性、施工适用性及防腐性能具有直接影响。传统玻璃电极pH测定方法在含氟体系、低离子强度介质及高黏度涂料体系中存在明显的技术局限性。随着离子敏感场效应晶体管（ISFET）传感技术的成熟，以其固态结构和无玻璃膜设计为核心优势的新型pH传感器为涂料行业的pH检测提供了全新路径。本报告以国际标准化组织（ISO）发布的ISO19396-2:2025《油漆和清漆pH值的测定第2部分：采用ISFET技术的pH传感器》为研究对象，系统梳理了该标准的立项背景、技术内容框架、关键试验条件及验证要求，并结合国内外标准现状分析了该标准的创新价值和产业意义。报告指出，ISO19396-2:2025的发布填补了ISFET技术在国际涂料pH检测方法标准层面的空白，对于推动涂料检测技术进步、促进国际贸易技术协调以及引导行业智能化检测转型具有重要的里程碑意义。关键词：油漆与清漆；pH测定；ISFET技术；国际标准；涂料检测；传感器Keywords:paintsandvarnishes;pHdetermination;ISFETtechnology;internationalstandard;coatingstesting;sensor一、引言pH值是涂料工业中最常用且不可替代的质量控制指标之一。它不仅影响着涂料配方中树脂分散、颜料稳定及助剂效能的发挥，更直接关系到涂料产品的储存稳定性、施工性能和最终涂膜的防腐保护能力。在涂料生产全过程——从原料进厂检验、生产过程控制到成品出厂检验——pH值的准确测定始终是质量保证体系中的基础性环节。长期以来，基于玻璃电极的电位法pH计是国内外实验室和生产线上的主流测定工具，其对应的国际标准ISO19396-1:2017为涂料行业提供了统一的pH测定方法依据。然而，玻璃电极在使用中存在的固有不足——如对含氟体系不耐受、玻璃膜易破碎、低温响应迟缓、对低离子强度样品测定误差大等——长期困扰着检测人员和生产企业。特别是随着现代涂料配方日趋复杂，水性涂料、高固体分涂料及含氟特种涂料等新型产品不断涌现，传统的玻璃电极检测方案已难以全面满足行业对检测精度、安全性和便捷性的更高要求。在此背景下，基于离子敏感场效应晶体管（Ion-SensitiveFieldEffectTransistor,ISFET）技术的pH传感器以其全固态结构、无玻璃膜、耐化学腐蚀、响应快速、便于微型化集成等技术优势，逐渐从半导体传感器领域走向工业检测应用。ISO19396-2:2025正是在上述技术变革和产业需求的双重驱动下，由国际标准化组织正式立项并发布的专项方法标准。二、标准立项背景2.1pH测定在涂料行业中的重要性pH值在涂料产品全生命周期中扮演着极为关键的角色。在原材料阶段，水性树脂乳液、颜料浆料、助剂溶液等的pH值直接影响其化学稳定性和与其他组分的相容性；在配方设计阶段，最佳的pH范围是保证体系分散稳定性、流变特性和储存寿命的基本条件；在施工应用阶段，涂料pH值影响其对底材的润湿性、干燥速度和最终成膜质量；在成膜后的使用阶段，涂层表面及渗出液的pH变化也是评估涂层耐腐蚀性能的重要参考指标。特别是在水性涂料占据市场主导地位的当下，pH的精确控制更是决定产品成败的核心因素之一。水性涂料的pH值通常需要维持在一个特定的弱碱性范围内（一般为7.5～9.5），以确保羧基型增稠剂的有效溶胀、交联反应的适宜速率以及罐内防腐体系的效能发挥。pH值的偏离不仅可能导致涂料出现增稠、絮凝、分层等质量问题，严重时甚至会造成整批产品报废。2.2现有标准体系与市场需求的缺口在国际标准层面，ISO19396-1:2017《油漆和清漆pH值的测定第1部分：带玻璃电极的pH电极》为涂料行业传统pH测量提供了规范性依据。该标准详细规定了使用玻璃电极pH计测定涂料及原材料水分散体系pH值的方法原理、仪器要求、校准程序及操作步骤，为全球涂料行业的质量控制和贸易往来提供了重要的技术准则。然而，随着涂料工业的快速发展和新型产品的涌现，玻璃电极方法的技术局限性日益凸显。主要体现在以下几个方面：第一，含氟体系的测定瓶颈。含氟树脂涂料、含氟表面活性剂体系等在现代高性能涂料中应用广泛。玻璃电极的硅酸盐膜在含氟离子环境中会发生溶蚀降解，导致电极响应漂移、寿命缩短，严重时甚至造成测定完全失效。这使得含氟涂料体系的pH检测长期缺乏可靠的解决方案。第二，低离子强度样品的准确性问题。许多水性涂料配方中离子强度较低，玻璃电极在这种介质中液接电位不稳定，响应慢且波动大，导致测量重复性和再现性欠佳。第三，高强度作业环境下的耐用性挑战。涂料生产车间的在线检测和频繁的现场测量要求传感器具备较高的机械强度和耐污染能力。玻璃电极膜薄脆弱、易碎易损，维护频率高，在工业环境中的应用受到限制。2.3ISFET技术发展及其在pH测量领域的应用前景离子敏感场效应晶体管本质上是一种将化学敏感层与场效应晶体管结构相结合的半导体传感器。当其敏感层与待测溶液接触时，敏感层表面的电荷状态随溶液中氢离子活度（即pH值）的变化而改变，从而调制场效应晶体管的源漏电流，实现pH值的电学量测。ISFETpH传感器相较于传统玻璃电极具有一系列显著的技术优势：其全固态结构使其具有出色的抗冲击和抗振动能力，无玻璃膜设计使之在含氟介质中保持稳定可靠；其响应速度快、测量范围宽（可覆盖pH0～14），且对低离子强度样品同样表现出良好的响应性能；此外，ISFET传感器体积小、便于与信号处理电路集成，易实现微型化和智能化检测终端的开发。近年来，随着半导体制造工艺的成熟和封装技术的进步，ISFETpH传感器的测量精度、稳定性和使用寿命均获得了长足提升，已逐步从实验室研究走向工业应用领域。在水处理监测、环境检测、生物医学分析等行业中，ISFET传感器的应用日趋普及。涂料行业作为pH检测的重要应用场景，迫切需要建立与ISFET技术相适应的标准方法，以规范该技术的应用，保障测量数据的可比性和溯源性。2.4ISO立项决策的考量要素在上述技术和产业背景的驱动下，ISO/TC35（色漆和清漆技术委员会）审慎评估了ISFETpH传感器在涂料检测领域的适用性和标准化需求。经过广泛的技术调研及成员国意见征询，ISO决定在ISO19396框架下制定第2部分，专门规定采用ISFET技术的pH传感器测定油漆和清漆pH值的方法。这一决策既回应了行业对新型pH测定技术的标准化需求，也延续了ISO19396-1所建立的测定框架，在保证标准体系的一致性和连贯性的同时，实现了对传统方法标准的有效补充。三、标准技术内容介绍3.1标准适用范围与定位ISO19396-2:2025适用于采用ISFET技术的pH传感器对油漆、清漆及其原材料的水分散体系进行pH值测定的场景。该标准将测试对象界定为可形成水分散体系的涂料产品及相关材料，包括水性涂料、乳液、分散体等。其定位是对ISO19396-1:2017的技术补充和方法延伸，而非替代——两种方法标准共存于ISO19396标准框架之下，用户可根据样品特性和测试条件选择合适的测定方法。3.2方法原理与核心测量体系该标准确立的核心方法原理是基于ISFET传感器对溶液中氢离子活度的敏感响应。当ISFET传感器的敏感表面与被测涂料体系接触时，敏感层表面电位随氢离子活度发生能斯特响应变化，通过测量场效应晶体管的阈值电压偏移或源漏电流变化，即可换算获得被测体系的pH值。标准中对测量系统的构成提出了明确要求，包括：ISFETpH传感器（含敏感芯片和参比电极）、信号处理/转换单元和数据显示单元。其中，参比电极的选择和配置对测量准确性至关重要，标准对参比电极的类型、内充液及液接界形式提出了相应的技术指标要求，并对配套仪器的输入阻抗、测量精度和温度补偿功能等进行了规定。3.3标准的核心技术条款仪器要求方面，标准明确规定了ISFETpH计应具备的性能参数，包括分辨力不低于0.01pH单位、仪器的基本误差限、温度补偿范围以及校准功能的灵活性。同时，针对ISFET传感器的特性，标准对传感器的斜率（灵敏度）、响应时间、漂移控制以及存储条件等给出了具体的技术指标。值得关注的是，标准特别强调了传感器在使用前后的性能验证程序，以确保其处于合格的计量状态。校准程序方面，标准采用多点校准法（推荐使用至少两种缓冲溶液，优选三点校准），对校准缓冲溶液的种类、pH值范围及其温度修正方法进行明确规定，确保校准结果的可靠性和溯源性。同时，校准频率也被作为关键控制要素加以规定，推荐在日常测量前进行校准、在连续测量过程中定期进行校验。样品制备与测定步骤方面，考虑到涂料和清漆的化学组成复杂、流变性能各异，标准对不同类型样品的稀释比例、分散方法、气泡排除、温度平衡等操作细节给予了具有操作性的指引。其中特别关注了样品均一性的保证措施，以免因局部浓度或温度差异造成测量偏差。结果表示与精密度方面，标准规定pH值的测量结果应精确至0.1个pH单位，同时明确了重复性条件和再现性条件下的允许差异范围。此外，标准还提供了实验室间比对试验（interlaboratorytrial）的统计结果，以量化的精密度数据向用户传递测量方法的不确定度信息。3.4试验条件的控制与质量保证为确保测量结果的可靠性和可溯源性，标准在试验条件控制方面设置了系统性条款。温度控制方面，标准推荐测量在（23±2）℃的标准条件下进行（或按产品规范规定的其他温度），并建议记录测量时的实际温度。仪器维护方面，标准对ISFET传感器的日常清洁、存储及使用寿命管理提出了指导性建议，以帮助用户有效延长传感器寿命、保持测量精度。此外，对于不同厂家、不同型号的ISFET传感器可能存在的响应差异，标准也建议用户通过建立内部质控程序进行定期核查。四、标准创新点与应用价值4.1关键技术创新ISO19396-2:2025首次在国际涂料行业标准层面正式确认了ISFET技术作为pH测定方法的技术等效性和合法地位，实现了传统电位法向固态传感技术的方法跨越。这一标准创新性地将半导体传感技术的成熟成果引入涂料检测领域，为pH测定提供了一种完全不同于玻璃电极的物理实现路径。在具体技术层面，该标准的创新性还体现在以下维度——在防破损能力上，ISFET传感器无玻璃膜结构的全固态设计从根本上免除了电极破碎带来的安全风险和测量中断问题；在含氟体系兼容性上，超越了对含氟涂料体系无法可靠测定的原有技术边界，将pH测定的适用对象拓展至更广泛的涂料品类；在微型化潜力上，固态结构使传感器可方便地集成到小型化手持设备或在线监测装置中，为涂料生产过程的实时pH监控提供了技术上的可行性支撑；在体系适应性上，对低离子强度、高黏度、含颜料颗粒等复杂涂料介质均表现出优于玻璃电极的稳定性与响应性能。这些技术要素的综合集成，构成了ISO19396-2:2025区别于传统方法标准的鲜明特色，也使其成为面向现代涂料工业需求的前瞻性方法标准。4.2产业应用价值对涂料生产企业的价值。该标准的发布使涂料企业得以在规范化框架下自由选用ISFETpH传感器，尤其在含氟涂料、水性工业涂料等特殊配方体系的生产质量控制中，ISFET传感器技术的引入将显著降低pH检测的故障率与维护成本。传感器坚固耐用的特性也大幅减少了现场检测中的设备损耗和停机时间。对检测机构和实验室的价值。该标准为第三方检测实验室提供了明确的ISFET方法依据，检测机构可在ISO19396-2框架下扩展其pH检测服务能力，同时利用ISFET传感器快速响应的特点有效提升样品检测通量。对仪器供应商和传感器制造商的价值。标准的发布为ISFETpH传感器在涂料领域的市场推广提供了权威的技术背书，有助于传感器制造商明确产品性能指标和应用规范，推动产品的迭代升级和行业普及。4.3国际贸易协调价值在国际贸易层面，标准的协调统一从来都是消除技术壁垒、促进贸易便利化的关键机制。ISO19396-2:2025作为国际标准，其发布实施将有助于消除各国在涂料pH检测方法上的技术差异，使不同国家和地区的检测数据在统一的技术基准上实现互认和可比，进而降低贸易摩擦风险，提高国际贸易效率。对于出口导向型的涂料制造企业而言，遵循ISO19396-2:2025进行pH检测将有助于其产品更便捷地获得国际市场认可。五、主要起草单位与标准化技术组织5.1ISO/TC35技术委员会概况ISO19396-2:2025由国际标准化组织色漆和清漆技术委员会（ISO/TC35）归口管理。ISO/TC35成立于1947年，是ISO框架下专门负责涂料、清漆及相关产品领域标准制定的技术委员会，其工作范围涵盖色漆、清漆、rawmaterials及相关产品的术语、取样、测试方法和产品规范等。该技术委员会下设多个分技术委员会（SC）和工作组（WG），其中与pH测定方法相关的标准制定工作由相应的测试方法工作组承担。ISO/TC35多年来汇聚了全球涂料领域的技术专家和标准化专业人员，制定了包括ISO2811系列（密度测定）、ISO2884系列（黏度测定）、ISO1513（试样的检查和准备）等在内的大量涂料行业基础标准和方法标准，是全球涂料标准化工作的核心力量。在其组织框架下制定的ISO19396系列标准，正是该技术委员会顺应检测技术进步、满足行业应用需求而取得的代表性成果之一。5.2标准制定过程中的技术协调在ISO19396-2:2025的制定过程中，ISO/TC35组织各成员国专家围绕ISFET传感器的性能验证方法、参比电极选型、校准程序细节、精密度试验方案等技术议题开展了深入的讨论和协调。标准文本经过多轮工作组草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）及最终国际标准草案（FDIS）等阶段的审查和修订，最终于2025年6月正式发布。这一严谨的标准制定流程保障了标准技术内容的科学性、合理性和广泛的适用性。六、国内标准化工作对接建议6.1国际标准跟踪与采标对于我国涂料行业而言，密切关注并积极采用ISO19396-2:2025具有重要的现实意义。建议全国涂料和颜料标准化技术委员会（SAC/TC5）及时开展该国际标准的翻译和转化工作，适时启动相应的国家标准或行业标准制定项目，采用“等同采用”（IDT）或“修改采用”（MOD）的方式将ISO19396-2:2025转化为我国标准，以保持我国涂料pH检测方法标准与国际标准的同步性，助力涂料产品的国际贸易互认。6.2国内技术储备与推广与此同时，建议相关科研机构、检测机构及仪器企业加强ISFETpH传感器关键技术的研究和产品开发，在传感器芯片制造、封装工艺、信号处理电路及校准算法等方面形成自主技术储备。通过标准化技术委员会组织标准宣贯、技术培训和实验室间比对试验等活动，推动国内涂料行业对ISFETpH测定技术的认知和规范化应用，为后续的国家标准实施奠定坚实基础。七、结论与展望ISO19396-2:2025《油漆和清漆pH值的测定第2部分：采用ISFET技术的pH传感器》的正式发布，是涂料行业pH检测方法标准化进程中的重要里程碑。该标准在延续ISO19396框架体系的基础上，首次将ISFET固态传感技术系统性地引入涂料pH测定的国际标准体系，有效弥补了传统玻璃电极方法在含氟体系、低离子强度介质和工业现场检测等应用场景中的技术空白，为全球涂料行业提供了更为丰富和先进的pH检测方法选择。从技术发展态势来看，随着半导体传