Operationsprincipredit
potentiometriske pH meter måler spændingen mellem to elektroder og vise resultatet konverteret til den tilsvarende pH-værdi. De omfatter en simpel elektronisk forstærker og et par elektroder, eller alternativt en kombinationselektrode, og en eller anden form for display kalibreret i pH-enheder. Det har normalt en glaselektrode og en referenceelektrode eller en kombinationselektrode. Elektroderne eller proberne indsættes i den opløsning, der skal testes.
elektrodernes design er nøgledelen: disse er stanglignende strukturer, der normalt er lavet af glas, med en pære, der indeholder sensoren i bunden. Glaselektroden til måling af pH har en glaspære, der er specielt designet til at være selektiv til brint-ionkoncentration. Ved nedsænkning i den opløsning, der skal testes, bytter hydrogenioner i testopløsningen til andre positivt ladede ioner på glaspæren, hvilket skaber et elektrokemisk potentiale på tværs af pæren. Den elektroniske forstærker registrerer forskellen i elektrisk potentiale mellem de to elektroder, der genereres i målingen, og konverterer potentialeforskellen til pH-enheder. Størrelsen af det elektrokemiske potentiale på tværs af glaspæren er lineært relateret til pH i henhold til Nernst-ligningen.
referenceelektroden er ufølsom over for opløsningens pH, idet den består af en metallisk leder, der forbinder til displayet. Denne leder nedsænkes i en elektrolytopløsning, typisk kaliumchlorid, som kommer i kontakt med testopløsningen gennem en porøs keramisk membran. Displayet består af et voltmeter, som viser spænding i enheder af pH.
ved nedsænkning af glaselektroden og referenceelektroden i testopløsningen afsluttes et elektrisk kredsløb, hvor der er en potentiel forskel skabt og detekteret af voltmeteret. Kredsløbet kan betragtes som at gå fra det ledende element i referenceelektroden til den omgivende kaliumchloridopløsning, gennem den keramiske membran til testopløsningen, det brint-ion-selektive glas i glaselektroden, til opløsningen inde i glaselektroden, til sølvet i glaselektroden og til sidst voltmeteret på displayenheden. Spændingen varierer fra testopløsning til testopløsning afhængigt af den potentielle forskel, der skabes af forskellen i brint-ionkoncentrationer på hver side af glasmembranen mellem testopløsningen og opløsningen inde i glaselektroden. Alle andre potentielle forskelle i kredsløbet varierer ikke med pH og korrigeres ved hjælp af kalibreringen.
for enkelhed bruger mange pH-målere en kombinationssonde, konstrueret med glaselektroden og referenceelektroden indeholdt i en enkelt sonde. En detaljeret beskrivelse af kombinationselektroder findes i artiklen om glaselektroder.
pH-måleren kalibreres med opløsninger med kendt pH, typisk før hver brug, for at sikre målingens nøjagtighed. For at måle pH i en opløsning anvendes elektroderne som prober, der dyppes ned i testopløsningerne og holdes der tilstrækkeligt længe til, at hydrogenionerne i testopløsningen kan ækvilibreres med ionerne på overfladen af pæren på glaselektroden. Denne ækvilibrering giver en stabil pH-måling.
pH-elektrode og referenceelektrode designEdit
detaljer om fremstillingen og den resulterende mikrostruktur af pH-elektrodens glasmembran opretholdes som forretningshemmeligheder af fabrikanterne.:125 dog offentliggøres visse aspekter af design. Glas er en fast elektrolyt, for hvilken alkali-metalioner kan bære strøm. Den pH-følsomme glasmembran er generelt sfærisk for at forenkle fremstillingen af en ensartet membran. Disse membraner er op til 0,4 millimeter i tykkelse, tykkere end originale designs, for at gøre proberne holdbare. Glasset har silikat kemisk funktionalitet på overfladen, som tilvejebringer bindingssteder for alkali-metalioner og hydrogenioner fra opløsningerne. Dette giver en ionbytningskapacitet i området 10-6 til 10-8 mol/cm2. Selektivitet for hydrogenioner (H+) stammer fra en balance mellem ionladning, volumenkrav versus andre ioner og koordinationsnummeret for andre ioner. Elektrodefabrikanter har udviklet kompositioner, der passende afbalancerer disse faktorer, især lithiumglas.:113-139
sølvchloridelektroden bruges mest som referenceelektrode i pH-meter, selvom nogle designs bruger den mættede calomelelektrode. Sølvchloridelektroden er enkel at fremstille og giver høj reproducerbarhed. Referenceelektroden består normalt af en platintråd, der har kontakt med en sølv/sølvchloridblanding, der nedsænkes i en kaliumchloridopløsning. Der er et keramisk stik, der fungerer som en kontakt til testopløsningen, hvilket giver lav modstand, samtidig med at man forhindrer blanding af de to opløsninger.:76-91
med disse elektrodedesigner registrerer voltmeteret potentielle forskelle på 1400 millivolt. Elektroderne er yderligere designet til hurtigt at ækvilibrere med testopløsninger for at lette brugervenligheden. Ækvilibreringstiderne er typisk mindre end et sekund, skønt ækvilibreringstiderne stiger, når elektroderne bliver ældre.:164
Vedligeholdelseredit
på grund af elektrodernes følsomhed over for forurenende stoffer er sondernes renhed afgørende for nøjagtighed og præcision. Prober holdes generelt fugtige, når de ikke er i brug med et medium, der passer til den pågældende sonde, som typisk er en vandig opløsning tilgængelig fra probeproducenter. Probe producenter giver instruktioner til rengøring og vedligeholdelse af deres probe design. Til illustration, en producent af pH i laboratoriekvalitet giver rengøringsinstruktioner for specifikke forurenende stoffer: generel rengøring (15 minutter i blød i en opløsning af blegemiddel og vaskemiddel), salt (saltsyreopløsning efterfulgt af natriumhydroksid og vand), fedt (vaskemiddel eller methanol), tilstoppet referencekryds (KCL-opløsning), proteinaflejringer (pepsin og HCl, 1% opløsning) og luftbobler.
kalibrering og driftredit
det tyske institut for standardisering offentliggør en standard for pH-måling ved hjælp af pH-målere, din 19263.
meget præcise målinger nødvendiggør, at pH-måleren kalibreres før hver måling. Mere typisk kalibrering udføres en gang om dagen i drift. Kalibrering er nødvendig, fordi glaselektroden ikke giver reproducerbare elektrostatiske potentialer over længere perioder.:238-239
i overensstemmelse med principperne for god laboratoriepraksis udføres kalibrering med mindst to standardbufferopløsninger, der spænder over det område af pH-værdier, der skal måles. Til generelle formål er buffere ved pH 4,00 og pH 10,00 egnede. PH-måleren har en kalibreringskontrol til at indstille måleraflæsningen lig med værdien af den første standardbuffer og en anden kontrol til at justere måleraflæsningen til værdien af den anden buffer. En tredje kontrol gør det muligt at indstille temperaturen. Standardbufferposer, der er tilgængelige fra en række leverandører, dokumenterer normalt bufferkontrolens temperaturafhængighed. Mere præcise målinger kræver undertiden kalibrering ved tre forskellige pH-værdier. Nogle pH-målere giver indbygget temperaturkoefficientkorrektion med temperaturtermoelementer i elektrodesonderne. Kalibreringsprocessen korrelerer spændingen produceret af sonden (ca.0,06 volt pr. God laboratoriepraksis dikterer, at proberne efter hver måling skylles med destilleret vand eller deioniseret vand for at fjerne spor af opløsningen, der måles, blottet med en videnskabelig aftørring for at absorbere eventuelt resterende vand, som kunne fortynde prøven og således ændre aflæsningen og derefter nedsænkes i en opbevaringsopløsning, der er egnet til den bestemte Sondetype.