تجهیزات pH

ابزار pH یک دستگاه الکترونیکی است که برای اندازه گیری pH یک ماده معمولی مایع استفاده می شود.

نمایش تمام سازندگان ابزار pH

اصول اندازه گیری pH

pH اندازه گیری اسیدیته یا قلیایی بودن یک ماده است. در حالی که مخفف دقیق مورد بحث است، pH معمولاً به معنای "قدرت" یا "پتانسیل" هیدروژن در نظر گرفته می شود. به طور خاص، ابزارهای pH مقدار نسبی یون های هیدروژن (H + ) و یون های هیدروکسیل (OH - ) را در یک ماده اندازه گیری می کنند. محلول های اسیدی دارای غلظت بیشتری از یون های هیدروژن هستند، در حالی که محلول های قلیایی دارای غلظت هیدروکسیل بالاتری هستند.

همانطور که در فرمول زیر نشان داده شده است، pH به عنوان لگاریتم منفی فعالیت یون هیدروژن تعریف می شود. فعالیت یون هیدروژن (aH) به عنوان حاصلضرب غلظت مولی یون های هیدروژن و ضریب فعالیت تعریف می شود. ضریب فعالیت تنظیمی را برای اتم های هیدروژنی که با سایر مواد شیمیایی در محلول برهم کنش داشته اند، فراهم می کند.

مشخصات لگاریتمی مقادیر pH در جدول زیر نشان داده شده است: هر افزایش مقیاس pH برابر است با اختلاف ده برابری در غلظت یون هیدروژن. محلول های اسیدی در دمای 25 درجه سانتی گراد دارای مقادیر pH کمتر از 7 هستند، در حالی که محلول های قلیایی دارای مقادیر بیشتر از 7 هستند.

کاربردهای pH

اندازه گیری pH در کاربردهای مختلف از جمله شیمی، زیست شناسی انسان، کشاورزی، کیفیت آب و اقیانوس شناسی مهم است. کاربردهای خاص عبارتند از:

• تست انتشار برای آب و سایر مایعات

• آزمایش مواد مغذی

• مانیتورینگ خون و فرآیندهای تشریحی

• آزمایش خاک کشاورزی

• تشخیص تغییرات در منابع آب آشامیدنی

• تست پایداری غذا و نوشیدنی

دستگاه های اندازه گیری pH

اندازه گیری pH معمولاً با استفاده از PH متر انجام می شود. این دستگاه از یک الکترود شیشه ای متصل به یک متر الکترونیکی استفاده می کند.

pH متر در واقع حداقل از دو الکترود تشکیل شده است: یک الکترود شیشه ای تخصصی و همچنین یک الکترود مرجع. بسیاری از مترها دارای یک سنسور دما برای ارائه سیگنال دما به کنتور هستند. ساخت الکترود اصلی به این اصل بستگی دارد که اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو فلز یا مایع برهم کنش با تحرک الکترون های متفاوت رخ می دهد.

برای این منظور، از الکترود برای اندازه گیری اختلاف پتانسیل بین یک مایع شناخته شده در یک غشای نازک (کلرید پتاسیم در شیشه دوپ شده) و یک مایع ناشناخته استفاده می شود. این اختلاف ولتاژ را می توان به اندازه گیری pH برای مایع ناشناخته ترجمه کرد زیرا pH کلرید پتاسیم در 7.0 (خنثی) استاندارد شده است. اسمی "الکترود" در واقع یک نوک کلرید نقره است که در الکترولیت کلرید پتاسیم غوطه ور شده است.

الکترود مرجع برای تکمیل مدار و ارائه پتانسیل مرجع شناخته شده برای متر استفاده می شود. از یک الکترود کلرید جیوه در محلول کلرید پتاسیم تشکیل شده است. از نظر فنی، یک pH متر چندین مجموعه از اختلاف پتانسیل - بین الکترودها و محلول های الکترولیتی آنها را اندازه گیری می کند. و بین مایع ناشناخته و محلول های الکترولیتی - اما تنها اندازه گیری دوم در تعیین pH مفید است.

یک الکترود شیشه ای استاندارد و یک الکترود مرجع معمولاً برای ارائه سیگنال خروجی 0 میلی ولت در 7.0 pH در دمای 25 درجه سانتیگراد پیکربندی می شوند. مشخص می شود که با استفاده از دو الکترود در ارتباط با یک سنسور دما، متر می تواند خروجی داشته باشد. یک سیگنال pH دقیق با جبران دماهای مختلف در مایع ناشناخته با استفاده از این سیگنال کالیبره شده.

تصویر زیر یک مدار PH متر را با استفاده از یک شیشه (سمت چپ) و یک الکترود مرجع نشان می دهد.

خطاها

pH یک ماده ممکن است تحت تأثیر تعدادی از عوامل خارجی قرار گیرد که همه آنها به نوبه خود بر قابلیت های اندازه گیری pH متر تأثیر می گذارند. همچنین، شرایطی مانند مسمومیت مرجع بر PH ماده تأثیر نمی گذارد، بلکه منجر به اختلاف پتانسیل و خروجی نادرست می شود. برخی از عوامل و جزئیات رایج در زیر ذکر شده است.

• PH افراطی - مواد بسیار اسیدی یا بازی شناخته شده است که باعث خطاهای اندازه گیری می شود. اسیدهایی با pH 1 یا کمتر می توانند باعث خطاهای اسیدی و حتی خوردگی الکترودها شوند. به همین دلیل، برای خروجی دقیق تر، به جای اندازه گیری pH از آزمایش های هدایت اسید استفاده می شود. برعکس، آزمایش‌های رسانایی نیز روی محلول‌های قلیایی قوی استفاده می‌شوند، زیرا می‌توانند به سرعت الکترودها را از بین ببرند. در pH 10 یا بیشتر، جایی که غلظت یون سدیم بسیار بیشتر از یون های هیدروژن است، خطای سدیم - که در آن الکترود به جای یون های هیدروژن به اشتباه به یون های سدیم پاسخ می دهد - ممکن است رخ دهد. خطای سدیم منجر به اندازه‌گیری pH پایین می‌شود و می‌توان آن را با الکترودهای با pH بالا که به‌ویژه طراحی شده‌اند برطرف کرد.

• دما - دما باعث تفکیک مولکول های ضعیف اسید و قلیایی می شود و باعث تغییر در pH محلول می شود. همانطور که در بالا توضیح داده شد، pH مترهای مدرن برای مقادیر بالاتر و پایین تر از دمای اسمی فرآیند 25 درجه سانتیگراد جبران می شوند. از طریق نظارت بر دمای محلول و همچنین استفاده از ضریب دمای محلول ارائه شده توسط کاربر، PH مترها می توانند به طور دقیق pH را مجددا محاسبه کنند. همه به جز شدیدترین دماها

• مسمومیت مرجع - خطاهای درون الکترود مرجع باعث اندازه گیری نادرست می شود. مشکلات مربوط به اتصال بین الکترود مرجع و محلول در حال اندازه گیری می تواند باعث ایجاد یک مدار باز (در صورت وصل بودن اتصال) یا تغییرات پتانسیل مرجع (در صورت تخریب اتصالات اطراف الکترولیت ها) شود. استفاده از الکترود دو اتصالی (در مورد خطای دوم) یا جایگزینی کامل الکترود راه حل هایی برای مسمومیت مرجع هستند.

ابزار ترکیبی

ابزارهایی که pH را اندازه گیری می کنند اغلب برای اندازه گیری سایر ویژگی های یک ماده، اغلب پتانسیل کاهش اکسیژن (ORP) قابل تنظیم هستند . این ابزارها را می توان با پروب های قابل تعویض برای هر پارامتری که باید اندازه گیری شود استفاده کرد. علاوه بر ORP، سایر قابلیت های اندازه گیری معمولی pH متر عبارتند از:

• دما (همانطور که در بالا ذکر شد)

• رسانایی

• اکسیژن محلول

• دی اکسید کربن محلول

تصویر زیر یک دستگاه آنالیز آب معمولی را نشان می دهد، نمونه ای از ابزار pH که چندین پارامتر دیگر را اندازه گیری می کند. این متر خاص پتانسیل اندازه گیری pH، دما، رسانایی و کل جامدات محلول (TDS) را دارد که برخی به طور همزمان می باشد.

تعمیر و نگهداری دستگاه

الکترودهای pH نیاز به تمیز کردن و نگهداری دوره ای دارند تا از خطاهای ذکر شده در بالا جلوگیری شود. دستگاه ها باید به صورت دوره ای با استفاده از پارامترهای زیر شرطی شوند.

• بررسی دوره ای سطوح الکترولیت مایع

• ذخیره سازی الکترود در محلول ذخیره سازی تخصصی

• شستشوی منظم شیشه با آب خالص یا فرمول تمیزکننده

• جلوگیری از خشک شدن اتصال الکترود مرجع

برای اطلاعات بیشتر در مورد تمیز کردن الکترودهای pH، لطفاً به راهنمای انتخاب الکترودهای pH مراجعه کنید .

استانداردها

ابزارهای pH ممکن است بر اساس انواع استانداردهای منتشر شده تولید، آزمایش و نگهداری شوند. استانداردهای نمونه عبارتند از:

• ASTM E70 - روش تست استاندارد برای pH محلول آبی با استفاده از الکترود شیشه ای

• BS 3145 - مشخصات pH متر آزمایشگاهی

• ANSI IT4.36 - راه حل های پردازش عکس: کالیبراسیون و اندازه گیری pH

  منبع

   

• globalspec