principiul de funcționare
ph-metri Potențiometrici măsoară tensiunea dintre doi electrozi și afișa rezultatul convertit în valoarea pH corespunzătoare. Acestea cuprind un amplificator electronic simplu și o pereche de electrozi sau, alternativ, un electrod combinat și o formă de afișare calibrată în unități de pH. De obicei are un electrod de sticlă și un electrod de referință sau un electrod combinat. Electrozii sau sondele sunt introduse în soluția de testat.
proiectarea electrozilor este partea cheie: acestea sunt structuri asemănătoare tijei, de obicei din sticlă, cu un bec care conține senzorul în partea de jos. Electrodul de sticlă pentru măsurarea pH-ului are un bec de sticlă special conceput pentru a fi selectiv la concentrația de ioni de hidrogen. La imersia în soluția de testat, ionii de hidrogen din soluția de test se schimbă cu alți ioni încărcați pozitiv pe becul de sticlă, creând un potențial electrochimic peste bec. Amplificatorul electronic detectează diferența de potențial electric dintre cei doi electrozi generați în măsurare și convertește diferența de potențial în unități de pH. Magnitudinea potențialului electrochimic peste becul de sticlă este liniar legată de pH conform ecuației Nernst.
electrodul de referință este insensibil la pH-ul soluției, fiind compus dintr-un conductor metalic, care se conectează la afișaj. Acest conductor este scufundat într-o soluție de electroliți, de obicei clorură de potasiu, care intră în contact cu soluția de testare printr-o membrană ceramică poroasă. Afișajul constă dintr-un voltmetru, care afișează tensiunea în unități de pH.
la imersarea electrodului de sticlă și a electrodului de referință în soluția de testare, se completează un circuit electric, în care există o diferență de potențial creată și detectată de voltmetru. Circuitul poate fi considerat ca trecând de la elementul conductiv al electrodului de referință la soluția de clorură de potasiu din jur, prin membrana ceramică la soluția de testare, sticla selectivă hidrogen-ion a electrodului de sticlă, la soluția din interiorul electrodului de sticlă, la argintul electrodului de sticlă și, în final, voltmetrul dispozitivului de afișare. Tensiunea variază de la soluția de testare la soluția de testare în funcție de diferența de potențial creată de diferența de concentrații de ioni de hidrogen pe fiecare parte a membranei de sticlă dintre soluția de testare și soluția din interiorul electrodului de sticlă. Toate celelalte diferențe potențiale din circuit nu variază în funcție de pH și sunt corectate prin intermediul calibrării.
pentru simplitate, mulți pH-metri folosesc o sondă combinată, construită cu electrodul de sticlă și electrodul de referință conținut într-o singură sondă. O descriere detaliată a electrozilor combinați este dată în articolul despre electrozii de sticlă.
ph-metru este calibrat cu soluții de pH cunoscute, de obicei, înainte de fiecare utilizare, pentru a asigura precizia de măsurare. Pentru a măsura pH-ul unei soluții, electrozii sunt utilizați ca sonde, care sunt scufundate în soluțiile de testare și ținute acolo suficient de mult timp pentru ca ionii de hidrogen din soluția de testare să se echilibreze cu ionii de pe suprafața bulbului de pe electrodul de sticlă. Această echilibrare asigură o măsurare stabilă a pH-ului.
pH electrod și electrod de referință designEdit
Detalii privind fabricarea și microstructura rezultată a membranei de sticlă a electrodului pH sunt menținute ca secrete comerciale de către producători.: 125 cu toate acestea, sunt publicate anumite aspecte ale designului. Sticla este un electrolit solid, pentru care ionii de metale alcaline pot transporta curent. Membrana de sticlă sensibilă la pH este în general sferică pentru a simplifica fabricarea unei membrane uniforme. Aceste membrane au o grosime de până la 0,4 milimetri, mai groase decât desenele originale, astfel încât sondele să fie durabile. Sticla are funcționalitate chimică silicată pe suprafața sa, care asigură locuri de legare pentru ionii de metale alcaline și ionii de hidrogen din soluții. Aceasta oferă o capacitate de schimb de ioni în intervalul 10-6 până la 10-8 mol/cm2. Selectivitatea pentru ionii de hidrogen (H+) apare dintr-un echilibru de sarcină Ionică, cerințe de volum față de alți ioni și numărul de Coordonare al altor ioni. Producătorii de electrozi au dezvoltat compoziții care echilibrează în mod adecvat acești factori, în special sticla cu litiu.:113-139
electrodul de clorură de argint este cel mai frecvent utilizat ca electrod de referință în pH-metri, deși unele modele utilizează electrodul calomel saturat. Electrodul de clorură de argint este simplu de fabricat și asigură o reproductibilitate ridicată. Electrodul de referință constă de obicei dintr-un fir de platină care are contact cu un amestec de argint/clorură de argint, care este scufundat într-o soluție de clorură de potasiu. Există un dop ceramic, care servește ca un contact cu soluția de testare, oferind o rezistență scăzută în timp ce împiedică amestecarea celor două soluții.:76-91
cu aceste modele de electrozi, voltmetrul detectează diferențe de potențial de 1400 milivolți de ordinul centimetrului. Electrozii sunt proiectați în continuare pentru a se echilibra rapid cu soluții de testare pentru a facilita ușurința utilizării. Timpii de echilibrare sunt de obicei mai mici de o secundă, deși timpii de echilibrare cresc pe măsură ce electrozii îmbătrânesc.: 164
MaintenanceEdit
datorită sensibilității electrozilor la contaminanți, curățenia sondelor este esențială pentru precizie și precizie. Sondele sunt în general menținute umede atunci când nu sunt utilizate cu un mediu adecvat pentru sonda respectivă, care este de obicei o soluție apoasă disponibilă de la producătorii de sonde. Producătorii de sonde oferă instrucțiuni pentru curățarea și întreținerea proiectelor lor de sonde. De exemplu, un producător de pH de laborator oferă instrucțiuni de curățare pentru contaminanți specifici: curățare generală (15 minute înmuiați într-o soluție de înălbitor și detergent), sare (soluție de acid clorhidric urmată de hidroxid de sodiu și apă), grăsime (detergent sau metanol), joncțiune de referință înfundată (soluție KCl), depozite de proteine (pepsină și HCl, soluție 1%) și bule de aer.
calibrare și operaredit
Institutul German de standardizare publică un standard pentru măsurarea pH-ului folosind pH-metri, DIN 19263.
măsurătorile foarte precise necesită calibrarea pH-ului înainte de fiecare măsurare. De obicei, calibrarea se efectuează o dată pe zi de funcționare. Calibrarea este necesară deoarece electrodul de sticlă nu oferă potențiale electrostatice reproductibile pe perioade mai lungi de timp.:238-239
în conformitate cu principiile bunelor practici de laborator, calibrarea se realizează cu cel puțin două soluții tampon standard care acoperă intervalul valorilor pH-ului care trebuie măsurate. În scopuri generale, tampoanele la pH 4,00 și pH 10,00 sunt potrivite. Contorul de pH are un control de calibrare pentru a seta citirea contorului egală cu valoarea primului tampon standard și un al doilea control pentru a regla citirea contorului la valoarea celui de-al doilea tampon. Un al treilea control permite setarea temperaturii. Plicurile tampon standard, disponibile de la o varietate de furnizori, documentează de obicei dependența de temperatură a controlului tamponului. Măsurătorile mai precise necesită uneori calibrarea la trei valori diferite ale pH-ului. Unele contoare de pH asigură corecția coeficientului de temperatură încorporat, cu termocupluri de temperatură în sondele electrodului. Procesul de calibrare corelează tensiunea produsă de sondă (aproximativ 0,06 volți pe unitate de pH) cu scara pH. Bunele practici de laborator dictează că, după fiecare măsurare, sondele sunt clătite cu apă distilată sau apă deionizată pentru a îndepărta orice urmă a soluției măsurate, șterse cu o ștergere științifică pentru a absorbi orice apă rămasă, care ar putea dilua proba și astfel modifica citirea și apoi scufundate într-o soluție de stocare adecvată tipului de sondă particular.