toimintaperiaate
Potentiometriset pH-mittarit mittaavat kahden elektrodin välistä jännitettä ja näyttää tuloksen muunnettuna vastaavaksi pH-arvoksi. Ne koostuvat yksinkertaisesta elektronivahvistimesta ja elektrodiparista tai vaihtoehtoisesti yhdistelmäelektrodista sekä jonkinlaisesta pH-yksiköissä kalibroidusta näytöstä. Siinä on yleensä lasielektrodi ja vertailuelektrodi eli yhdistelmäelektrodi. Elektrodit eli koettimet asetetaan testattavaan liuokseen.
elektrodien rakenne on avainasemassa: ne ovat yleensä lasista valmistettuja sauvamaisia rakenteita, joiden alaosassa on anturi sisältävä polttimo. PH: n mittaamiseen tarkoitetussa lasielektrodissa on lasikupu, joka on erityisesti suunniteltu selektiiviseksi vety-ionikonsentraatiolle. Upotettaessa testattavaan liuokseen testiliuoksen vetyionit vaihtuvat muihin positiivisesti varautuneisiin ioneihin lasikupussa, mikä luo sähkökemiallisen potentiaalin koko polttimoon. Elektroninen vahvistin havaitsee mittauksessa syntyneiden kahden elektrodin välisen sähköisen potentiaalin eron ja muuntaa potentiaalieron pH-yksiköiksi. Sähkökemiallisen potentiaalin suuruus lasikupussa on lineaarisesti verrannollinen pH: han Nernstin yhtälön mukaisesti.
vertailuelektrodi ei ole herkkä liuoksen pH: lle, sillä se koostuu näytölle kytkettävästä metallisesta johtimesta. Tämä johdin upotetaan elektrolyyttiliuokseen, tyypillisesti kaliumkloridiin, joka joutuu kosketuksiin testiliuoksen kanssa huokoisen keraamisen kalvon kautta. Näyttö koostuu volttimittarista, joka näyttää jännitteen pH: n yksikköinä.
kun lasielektrodi ja vertailuelektrodi upotetaan testiliuokseen, saadaan valmiiksi virtapiiri, jossa on volttimittarin luoma ja havaitsema potentiaaliero. Piirin voidaan ajatella menevän vertailuelektrodin johtavasta elementistä ympäröivään kaliumkloridiliuokseen keraamisen kalvon kautta testiliuokseen, lasielektrodin vety-ioniselektiiviseen lasiin, lasielektrodin sisällä olevaan liuokseen, lasielektrodin hopeaan ja lopuksi näyttölaitteen volttimittariin. Jännite vaihtelee testiliuoksesta testiliuokseen riippuen siitä potentiaalierosta, joka syntyy vedyn ja ionin pitoisuuksien erosta lasikalvon kummallakin puolella testiliuoksen ja lasielektrodin sisällä olevan liuoksen välillä. Kaikki muut piirin potentiaalierot eivät vaihtele pH: n mukaan, ja ne korjataan kalibroinnin avulla.
yksinkertaisuuden vuoksi monet pH-mittarit käyttävät yhdistelmäanturia, joka on rakennettu yhden anturin sisällä olevan lasielektrodin ja vertailuelektrodin kanssa. Yhdistelmäelektrodien yksityiskohtainen kuvaus on lasielektrodeja koskevassa artikkelissa.
pH-mittari kalibroidaan liuoksilla, joiden pH tunnetaan yleensä ennen jokaista käyttöä mittaustarkkuuden varmistamiseksi. Liuoksen pH: n mittaamiseen käytetään elektrodeja antureina, jotka kastetaan testiliuoksiin ja pidetään siellä riittävän kauan, jotta testiliuoksen vetyionit tasapainottuvat lasielektrodin kuvun pinnalla olevien ionien kanssa. Tämä tasapainotus antaa vakaan pH-arvon.
pH-elektrodi ja vertailuelektrodin designEdit
yksityiskohdat pH-elektrodin lasikalvon valmistuksesta ja siitä johtuvasta mikrorakenteesta pidetään liikesalaisuuksina valmistajien toimesta.:125 kuitenkin tietyt muotoilun osa-alueet julkaistaan. Lasi on kiinteä elektrolyytti, jolle alkalimetalli-ionit voivat kuljettaa virtaa. PH-herkkä lasikalvo on yleensä pallomainen yhtenäisen kalvon valmistuksen yksinkertaistamiseksi. Nämä kalvot ovat jopa 0,4 millimetrin paksuisia, paksumpia kuin alkuperäiset mallit, jotta koettimet olisivat kestäviä. Lasin pinnalla on silikaattikemiallinen toiminnallisuus, joka tarjoaa sitoutumispaikat alkalimetalli-ioneille ja liuosten vetyioneille. Tämä antaa ioninvaihtokapasiteetti välillä 10-6 10-8 mol / cm2. Selektiivisyys vetyioneille (H+) syntyy ionivarauksen tasapainosta, tilavuusvaatimuksista suhteessa muihin ioneihin ja muiden ionien koordinaatioluvusta. Elektrodivalmistajat ovat kehittäneet koostumuksia, jotka tasapainottavat sopivasti näitä tekijöitä, erityisesti litiumlasia.:113-139
hopeakloridielektrodia käytetään yleisimmin vertailuelektrodina pH-mittareissa, joskin joissakin malleissa käytetään tyydyttynyttä kalomelielektrodia. Hopeakloridielektrodi on helppo valmistaa ja tarjoaa suuren toistettavuuden. Vertailuelektrodi koostuu yleensä platinalangasta, joka on kosketuksissa hopea-hopeakloridiseokseen, joka upotetaan kaliumkloridiliuokseen. On keraaminen pistoke, joka toimii kosketuksena testiliuokseen, joka tarjoaa alhaisen resistanssin estäen samalla kahden liuoksen sekoittumisen.:76-91
näillä elektrodimalleilla volttimittari havaitsee potentiaalieroja ±1400 millivolttia. Elektrodit on lisäksi suunniteltu tasapainottumaan nopeasti testiliuoksilla helppokäyttöisyyden helpottamiseksi. Tasapainotusaika on tyypillisesti alle yksi sekunti, joskin tasapainotusaika pitenee elektrodien ikääntyessä.: 164
MaintenanceEdit
koska elektrodit ovat herkkiä epäpuhtauksille, antureiden puhtaus on olennaista tarkkuuden ja tarkkuuden kannalta. Koettimet pidetään yleensä kosteina, kun niitä ei käytetä tietylle koettimelle sopivalla väliaineella, joka on tyypillisesti koettimien valmistajilta saatavilla oleva vesiliuos. Koettimien valmistajat antavat ohjeet koettimallien puhdistamiseen ja ylläpitoon. Havainnollistaa, yksi valmistaja laboratorio-luokan pH antaa puhdistusohjeet erityisiä epäpuhtauksia: yleinen puhdistus (15 minuutin liotus valkaisuaine-ja pesuaineliuoksessa), suola (suolahappoliuos, jota seuraa natriumhydroksidi ja Vesi), rasva (pesuaine tai metanoli), tukkeutunut referenssiliitos (KCL-liuos), proteiinisaostumat (pepsiini ja HCl, 1-prosenttinen liuos) ja ilmakuplat.
kalibrointi-ja käyttöedit
Saksan standardointilaitos julkaisee pH-mittareita käyttävän standardin DIN 19263.
erittäin tarkat mittaukset edellyttävät, että pH-mittari kalibroidaan ennen jokaista mittausta. Tyypillisemmin kalibrointi suoritetaan kerran käyttöpäivää kohden. Kalibrointia tarvitaan, koska lasielektrodi ei anna toistettavia sähköstaattisia potentiaaleja pidemmän ajan kuluessa.:238-239
hyvän laboratoriokäytännön periaatteiden mukaisesti kalibrointi tehdään vähintään kahdella standardipuskuriliuoksella, jotka ulottuvat mitattavien pH-arvojen alueelle. Yleisiin tarkoituksiin soveltuvat Puskurit pH 4,00 ja pH 10,00. PH-mittarissa on yksi kalibrointiohjaus, jolla mittarin lukema asetetaan ensimmäisen vakiopuskurin arvoksi ja toinen säätö Säätää mittarin lukeman toisen puskurin arvoksi. Kolmas ohjaus mahdollistaa lämpötilan säätämisen. Vakiopuskuripussit, joita on saatavana useilta eri toimittajilta, dokumentoivat yleensä puskuriohjauksen lämpötilariippuvuuden. Tarkemmat mittaukset vaativat joskus kalibrointia kolmella eri pH-arvolla. Jotkut pH-mittarit tarjoavat sisäänrakennetun lämpötilakertoimen korjauksen, jossa elektrodin antureissa on lämpötilalämpöpareja. Kalibrointiprosessi korreloi anturin tuottaman jännitteen (noin 0,06 volttia pH-yksikköä kohti) pH-asteikon kanssa. Hyvän laboratoriokäytännön mukaan jokaisen mittauksen jälkeen koettimet huuhdellaan tislatulla vedellä tai deionisoidulla vedellä mitattavan liuoksen mahdollisten jäämien poistamiseksi, pyyhitään tieteellisellä pyyhkeellä jäljellä olevan veden imemiseksi, mikä voisi laimentaa näytettä ja siten muuttaa lukemaa, ja upotetaan sitten tietylle koettimelle sopivaan varastointiliuokseen.