pH-mittauksen periaate, laite ja pH-mittarien tyypit

Eri väliaineiden pH-tason (eli happamuustason) nopeaan määrittämiseen käytetään pH-mittareita. Teollisuus- tai juomavesi, happo-, suola- tai alkaliliuos, veri, virtsa ja muut kehon nesteet, hedelmät, vihannekset ja muut elintarvikkeet, lääkeaineet jne. – periaatteessa kaikesta voi tulla operatiivisen tutkimuksen kohteen pH-arvo.

PH:n mittaaminen on olennaisesti vetyionien aktiivisuuden mittaus väliaineessa. Ja jopa itse nimitys pH on käännetty kirjaimellisesti latinan sanasta "pondus Hydrogenii" "vedyn painoksi".

Nykyään pH-mittareita käytetään laajalti mikrobiologiassa ja lääketieteessä, vedenkäsittelyssä ja maatalouskemiassa, maaperätieteessä, vesiviljelyssä, laboratorio- ja kenttätutkimuksessa, kemian- ja elintarviketeollisuudessa, akvaristiikassa ja monissa muissa paikoissa.

Modernin pH-mittarin avulla voit määrittää pH-arvon tarkasti ja nopeasti.Jos pH on 7, väliaine on neutraali, kuten tislattu vesi, jossa positiiviset vetyionit H+ ja negatiiviset hydroksidi-ionit OH- jakautuvat tasan. Jos happamuus on yli 7, väliaine on emäksinen. Jos pH on alle 7, väliaine on hapan.

Ja vaikka kemistit ovat aina kyenneet määrittämään alustan happamuuden klassisella menetelmällä käyttämällä indikaattoreita, esimerkiksi fenolftaleiinia, joissakin prosesseissa on kuitenkin yksinkertaisesti välttämätöntä kvantifioida tämä indikaattori tarkasti, ja joskus on tarpeen seurata jatkuvasti sen korjaamiseksi. Tätä varten pH-mittarit keksittiin.

pH-mittari on itse asiassa elektroninen millivolttimittari, koska se mittaa potentiaalieroa elektrodiparin sähkökemiallisen järjestelmän välillä ja testiväliaineessa, johon ne on asetettu. On totta, että laitteen asteikkoa ei ole tässä mitoitettu millivolteissa, vaan pH:ssa, koska mitattu EMF on verrannollinen pH:hon.

Kaksi elektrodia: lasiindikaattori (hapettimet eivät pelkää borosilikaattilasia) ja hopeakloridi - ylimääräinen vertailuelektrodi. Lasielektrodin resistanssi on erittäin korkea, kymmeniä megaohmeja, ja tämä on vain perusvaatimus – anturin resistanssin tulee olla vähintään 0,1 GΩ. pH-mittari kalibroidaan käyttämällä tunnetun pH:n puskuriliuoksia.

Koska lämpötila vaikuttaa EMF-arvoon, jokaisessa tällaisessa mittauslaitteessa on lämpötilan kompensointi mittauksiin muissa lämpötiloissa kuin + 25 °C.Mutta erittäin korkean tarkkuuden saavuttamiseksi on tarpeen mitata tarkasti + 25 ° C: n lämpötilassa, minkä vuoksi monet pH-mittarit on varustettu sisäänrakennetulla lämpömittarilla, joten voit seurata väliaineen lämpötilaa välittömästi tutkimusprosessia.

Indikaattorilasielektrodi putken muodossa, jonka päässä on ohutseinäinen pallo, joka on valmistettu erityisestä sähköä johtavasta borosilikaattilasista, on olennaisesti kytketty sähköpiiriin. Positiivisten H + -ionien liike tällaisen lasin sisällä mahdollistaa sen käytön (lasin sisällä olevat kationit liikkuvat piihapon polyanionin suhteen). Hopeakloridin suspensio suolahappoliuoksessa kaadetaan koeputkeen, minkä jälkeen siihen upotetaan hopealanka - näin saadaan hopeakloridielektrodi.

Lasielektrodi lasketaan testiväliaineeseen, sähköpiiri suljetaan asettamalla siihen ylimääräinen vertailuelektrodi (elohopea-kalomelitahna kaliumkloridiliuoksessa) (elektrolyyttikytkimen kautta tai suoraan). Kaliumkloridi muodostaa kosketuksen solun elohopea-kalomel-osan ja testialustan välille. Tämä lisäelektrodi sijoitetaan yleensä lasikoteloon, joka on H+-ioneja läpäisemätön.

Vertailuelektrodissa olevan kaliumkloridiliuoksen johtava kosketus testiliuokseen muodostuu lasikotelossa olevan ohuen langan tai kapillaarin ansiosta, jolloin referenssielektrodista ja hopeakloridielektrodista saadaan galvaaninen kenno. kennon elektrolyyttiosa sisältää johtavan lasikalvon ja testiympäristön.

Elektrodijärjestelmän EMF mitataan millivolttimittarilla, sen asteikolla on pH-asteikko.Elektronit hopeakloridielektrodista siirretään vertailuelektrodille mitatun EMF:n vaikutuksesta, johon liittyy aina yhtä suuren määrän protoneja siirtyminen lasielektrodin sisältä väliaineeseen.

Jos tässä tapauksessa otetaan positiivisten vetyionien H + pitoisuus lasielektrodin vakiossa, niin EMF on H +:n aktiivisuuden funktio, eli tutkittavan väliaineen pH:n funktio.

Nykyaikaiset pH-mittarit toimivat mikroprosessorien ansiosta, jotka suorittavat lämpötilan kompensoinnin ja ratkaisevat monia asiaan liittyviä tehtäviä. Mitä monimutkaisempi laite, sitä enemmän tehtäviä se pystyy ratkaisemaan. Instrumenttien tarkkuusluokka vaihtelee malleittain ja sopiva pH-mittari voidaan valita erilaisiin käyttötarkoituksiin.

On taskukotitalouksien pH-mittareita, on ammattilaboratorio-, kannettavia ja teollisuuskiinteitä. Jotkut pH-mittarit mittaavat ionipitoisuutta väliaineessa, nitraattipitoisuutta jne., niissä on sisäänrakennettu muisti tulosten tallentamiseen, kyky kommunikoida tietokoneen kanssa ja parametrien säätötoiminto takaisinkytkentäsilmukan kautta.