الکترودهای پتانسیل کاهش اکسیداسیون (ORP)

الکترودهای پتانسیل کاهش اکسیژن (ORP) حسگرهای تحلیلی برای اندازه‌گیری پتانسیل کاهش اکسیداسیون (ORP) هستند. آنها بخشی از یک ابزار ORP هستند که شامل یک نیم سلول فلزی، یک سلول مرجع و یک رابط کاربری نیز می شود.

نمایش تمام تولیدکنندگان الکترودهای پتانسیل کاهش اکسیداسیون (ORP).

کاهش اکسیداسیون نوعی واکنش شیمیایی است که در آن الکترون ها از یک ماده به ماده دیگر منتقل می شوند. گونه اکسید شده الکترون از دست می دهد و گونه کاهش یافته الکترون به دست می آورد. همچنین به عنوان معیاری برای میزان اکسیداسیون یا کاهش در شرایط داده شده عمل می کند. واکنش ردوکس به تبادل الکترون ها اشاره دارد. اکسیداسیون از دست دادن الکترون است و بنابراین محلول مثبت تر است. کاهش، به دست آوردن الکترون است که باعث بار منفی می شود. هر دو گونه باید حضور داشته باشند تا واکنش رخ دهد. سرعت یک ابزار ORP مستقیماً با چگالی جریان تبادلی ناشی از غلظت، سیستم کاهش اکسیداسیون و الکترود مرتبط است. هنگامی که نمونه ORP مشابه الکترود ORP باشد، سرعت کاهش می یابد. معایب ذکر شده را می توان با شستشوی الکترودهای ابزار قبل از خواندن، و با همبستگی سیستم با بررسی اکسید کننده و کاهنده در یک سیستم حالت پایدار با آزمایش مرطوب و اندازه گیری pH جبران کرد.

مونتاژ ORP.

هنگامی که الکترود اندازه‌گیری در معرض عوامل اکسیدکننده یا کاهنده قرار می‌گیرد، الکترون‌ها دائماً روی سطح اندازه‌گیری آن به عقب و جلو منتقل می‌شوند که ولتاژ کوچکی تولید می‌کند. الکترود اندازه گیری یا حسگر از پلاتین، طلا یا گرافیت ساخته شده است. الکترود مرجع به محلول آب نمک متصل می شود و پتانسیل نیم سلولی 0.0mV داده می شود. این الکترود از کلرید نقره یا کلمل اشباع (SCE) ساخته شده است زیرا عملکرد پایدار و قابل اعتمادی را ارائه می دهند. الکترودهای ORP ولتاژ را در مدار تشکیل شده توسط دو الکترود اندازه گیری می کنند و اندازه گیری را می توان با استفاده از حالت میلی ولت یک pH متر انجام داد. تک ولتاژ را پتانسیل اکسیداسیون-کاهش می نامند، که در آن ولتاژ مثبت محلولی را نشان می دهد که الکترون ها را جذب می کند (عامل اکسید کننده). ابزارهای ORP می توانند پتانسیل کاهش اکسیداسیون را در محدوده 450- تا 1100+ میلی ولت اندازه گیری کنند. قرائت به سمت ناحیه مثبت این محدوده توسط این ابزارها یک عامل اکسید کننده قوی را نشان می دهد، در حالی که قرائت به سمت ناحیه منفی نشان دهنده یک عامل کاهنده قوی است.

مشخصات

با الکترودهای پتانسیل کاهش اکسیژن (ORP)، سه ویژگی عملکرد اصلی وجود دارد:

• محدوده ORP/Redox - محدوده ORP/Redox که ابزار قادر به اندازه‌گیری است. همانطور که در نمودار زیر مشاهده می شود، واکنش ها بسته به نوع و کیفیت واکنش رخ داده، یک ORP مثبت یا منفی تولید می کنند. مقیاس اکسیداسیون می تواند از 1000- تا 1000+ باشد. منابع با ORP منفی قوی برای مصرف امن تر هستند.

• دقت - دقت ORP / ردوکس ابزار (±mV). اندازه الکترود بر نوسانات خوانش ها تأثیر می گذارد. منطقه تشخیص بزرگتر به معنای حسگر بهتر است. اگر منحنی‌های تولید شده توسط داده‌های جمع‌آوری‌شده همپوشانی داشته باشند، می‌توان فرض کرد که واکنش در زمانی که الکترود در تعادل بوده انجام شده است.

• زمان پاسخ - زمان پاسخ برای الکترودهای ORP معمولاً به صورت مقداری مانند 95٪ در 10 ثانیه بیان می شود.

الکترود

• تک سلولی یا جفت الکترود نیاز به یک الکترود مرجع جداگانه دارند. این نوع دستگاه برای سوسپانسیون های کلوئیدی، یدیدها در نمونه و جامدات با درصد بالا در سیال بهترین انتخاب است.

• الکترودهای ترکیبی پتانسیل کاهش اکسیژن (ORP) نیز معمولاً در دسترس هستند. این دستگاه ها دارای دو قسمت هستند: الکترود اندازه گیری و الکترود مرجع. الکترودهای ترکیبی محبوب ترین نوع الکترود ORP هستند که الکترود اندازه گیری و الکترود مرجع در یک محفظه قرار دارند.

راه حل مرجع

گزینه های محلول مرجع برای یک الکترود ORP یا قابل پر کردن مجدد یا مهر و موم هستند. مبادله بین این دو نوع، میزان نگهداری در مقابل طول عمر محصول است.

• الکترودهای ORP قابل شارژ مجدد نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری دارند، اما طول عمر بیشتری نیز دارند و معمولاً دقت بالاتری دارند.

• الکترودهای ORP مهر و موم شده نیازی به پر کردن مجدد ندارند، اما عمر محدودی دارند زیرا مواد شیمیایی داخل آن مصرف شده و قابل تعویض نیستند.

نوع اتصال

نوع جوش، مشخصات فیزیکی مهمی است که هنگام انتخاب الکترودهای پتانسیل کاهش اکسیژن (ORP) باید در نظر گرفته شود. دو نوع اساسی وجود دارد:

• تک اتصال - الکترودهای مرجع تک پیوندی حاوی یک الکترولیت هستند. الکترولیت سطح ثابتی از یون حس شده توسط عنصر مرجع برگشت پذیر را فراهم می کند و یک اتصال مایع با پتانسیل کم را با محلول نمونه تشکیل می دهد.

• اتصال دوگانه - الکترودهای مرجع دو پیوند دارای یک سلول مرجع اضافی در جلوی سلول کلرید پتاسیم هستند. این سلول نمونه را از سلول مرجع کلرید پتاسیم غربال می کند. به طور معمول، سلول های اتصال دوگانه زمان بیشتری دارند و سطح پایداری بالاتری را ارائه می دهند.

• الکترودهای ORP با دیگر انواع اتصالات فهرست نشده نیز موجود هستند.

مواد

دو انتخاب متداول برای مواد بدنه وجود دارد: شیشه، و اپوکسی یا پلیمر.

تعمیر و نگهداری

مراقبت و نگهداری مناسب برای اطمینان از خوانش دقیق و طول عمر طولانی بسیار مهم است. هنگام انجام آزمایش ORP، الکترود بالقوه کاهش اکسیداسیون باید با برداشتن حباب‌های هوا آماده شود و با خیساندن در محلول پیش تصفیه، پیش تیمار شود. یک کین هیدرون (HI 7091M) به عنوان یک تیمار کاهنده استفاده می شود و هیپوکلریت سدیم (خنثی شده در pH7) با اسید هیدروکلریک 1 مولار یا سفید کننده به عنوان یک تیمار اکسید کننده استفاده می شود.

الکترود باید پس از هر بار استفاده تمیز و شستشو شود تا از تجمع آن جلوگیری شود. همچنین باید از نظر خراش یا ترک بررسی شود و سطح آن تمیز و صاف شود تا تمام آثار پاک کننده پاک شود. پس از ذخیره سازی، الکترود باید مرطوب در محلول ذخیره یا بافر pH 4 ذخیره شود و به طور دوره ای شستشو شود. الکترودهای ORP نباید در آب مقطر یا دیونیزه نگهداری شوند.

کالیبراسیون

ویدئوی زیر سیستم چک دو نقطه ای برای کالیبراسیون الکترود ORP را توضیح می دهد. نتیجه مطلوب کالیبراسیون این است که قرائت داده شده توسط الکترود، شیر دیفرانسیل مشخص شده را با تلرانس +/- 10 میلی ولت می دهد.

اگر قرائت داده شده توسط الکترود در محدوده مشخص شده نباشد، الکترود به دلیل کثیف/پوشش داده شده یا اتصال مرجع مسدود شده است. الکترود باید قبل از هر بار استفاده تمیز و کالیبره شود.

پیکربندی

الکترود پتانسیل کاهش اکسیداسیون در چندین گزینه نصب برای متناسب با کاربرد مورد نظر موجود است. آزمایش‌های ORP اغلب در آزمایشگاه‌ها و همچنین در واحدهای ذخیره‌سازی آب از راه دور یا منابع آب انجام می‌شود، بنابراین نصب و قابلیت حمل در هنگام انتخاب ابزار مهم است.

• دستگاه‌های دستی طوری طراحی شده‌اند که با دست نگه داشته می‌شوند. آنها به ندرت قادر به ایجاد یک نقطه ثابت در یک سیستم هستند و اندازه گیری "جهش" مشاهده شده ممکن است تا 25 میلی ولت باشد. این بستگی به این دارد که دستگاه ثابت یا در حال حرکت باشد. بخش کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه کالیفرنیا توصیه می کند که ابزارهای ORP دستی به مدت 30 ثانیه در منبع نگهداری شوند.

• دستگاه های قابل حمل دارای دسته، کیس یا چرخ برای سهولت حرکت هستند. آنها لزوماً دستی نیستند.

• الکترودهای ORP به سبک درج اغلب از طریق یک سوراخ در لوله یا دیوار به لوله‌کشی فرآیند وارد می‌شوند.

• سبک‌های جریان مستقیم مستقیماً در خط لوله قرار می‌گیرند و از طریق برخی اتصالات مانند فلنج‌ها یا سایر اتصالات به یک بخش جدایی‌ناپذیر تبدیل می‌شوند.

ویژگی ها

ویژگی های معمولی برای الکترودهای پتانسیل کاهش اکسیژن (ORP) عبارتند از:

• آزمایش pH- الکترودهای ORP نیز ممکن است بتوانند pH را در سیستم آزمایش کنند، بنابراین ORP و pH را می توان به طور همزمان آزمایش کرد.

• جبران دما - جبران دما برای اندازه گیری دقیق pH بسیار مهم است. با این حال، برای اندازه گیری ORP استفاده نمی شود. دما بر پتانسیل واکنش برای همه مواد شیمیایی تأثیر می‌گذارد، اما ORP واقعی اندازه‌گیری مستقیم الکترون‌هایی است که در طی یک واکنش کاهش اکسیداسیون، بدون توجه به دما، حرکت می‌کنند.

• سنسور دمای داخلی - دستگاه ها دارای کالیبراتور داخلی هستند که می توان از آن برای آزمایش و تنظیم مجدد استفاده کرد.

• طراحی مستغرق یا مقاوم در برابر آب - الکترودهای ORP شناور می توانند در کاربردهای آزمایش آب استفاده شوند.

• مناسب برای مصارف غذایی یا بهداشتی - ORP های مورد استفاده در مواد غذایی یا برنامه های بهداشتی را می توان به راحتی بین استفاده ها ضدعفونی کرد تا از آلودگی جلوگیری شود.

برنامه های کاربردی

ابزارهای پتانسیل کاهش اکسیداسیون (ORP) عمدتاً برای اندازه گیری توانایی اکسیداسیون کلر در استخرها و اسپاها و تعیین اینکه چه زمانی به نقطه هم ارزی در یک واکنش کاهش اکسیداسیون رسیده است استفاده می شود. ابزار ORP همچنین برای ضد عفونی برج خنک کننده، تصفیه آب های زیرزمینی، سفید کردن، تخریب سیانید، احیای کروم، اچ فلز، ضد عفونی میوه و سبزیجات و کلر زدایی استفاده می شود.

مواد شیمیایی مانند کلر، برم و ازن همگی اکسید کننده های قوی هستند. از آنجا که آنها قادر به گرفتن الکترون از مواد دیگر هستند، ضدعفونی کننده های عالی هستند. عمل بهداشتی ناشی از تغییر ترکیب شیمیایی ارگانیسم ناخواسته است. با کاهش اکسید کننده ها، توانایی آنها برای اکسیداسیون تا زمانی که مصرف شوند یا با ماده دیگری ترکیب شوند کاهش می یابد. فرآیند اکسیداسیون را می توان توسط یک ابزار ORP نظارت کرد و کاربر می تواند پایان فرآیند بهداشتی را شناسایی کند. ابزارهای بالقوه کاهش اکسیداسیون احتمالاً می توانند یک مقدار ORP جداگانه را انتخاب کنند که بر حسب میلی ولت بیان می شود، که در آن می توان سطح قابل پیش بینی ضد عفونی را بدون توجه به تغییرات تقاضای اکسیدان یا غلظت اکسیدان به دست آورد و حفظ کرد.

ابزارهای بالقوه کاهش اکسیداسیون استفاده خود را به عنوان ابزار تحلیلی در نظارت بر تغییرات در یک سیستم به جای تعیین مقدار مطلق آنها (به عنوان مثال، کنترل فرآیند و تیتراسیون) ثابت کرده اند.

استانداردها

ارزش اندازه گیری ORP از دهه 1960 به عنوان روشی برای سنجش کیفیت آب رایج بوده است. در سال 1971، سازمان بهداشت جهانی مقدار استاندارد ORP را برای گندزدایی آب آشامیدنی 650 میلی ولت تعیین کرد. این بدان معناست که وقتی حجم یک حجم آب 650/1000 (حدود 2/3) ولت باشد، ضدعفونی کننده موجود در آب به اندازه کافی فعال است تا ارگانیسم های مضر را تقریباً فوراً نابود کند.

منبع

globalspec