pH متر

اسیدها و قلیاها چیست؟

طبق تعریف آرنیوس، اسید به هر ماده ای گفته می شود که وقتی در آب حل می شود، یون های هیدروژن تفکیک شده (H+) یا یون هیدرونیوم H3O+ تولید می کند. باز ماده ای است که وقتی در آب حل می شود یون های هیدروکسیل تفکیک شده (OH-) تولید می کند.

مفهوم pH توسط شیمیدان دانمارکی سورن پدر لاوریتز سورنسن در سال 1909 ارائه شد. pH یونهای H+ را در یک محلول کمیت می کند. تعریف فرضی pH لگاریتمی فعالیت متقابل یون هیدروژن، aH+، در محلول است:

pH چیست؟

pH یک پارامتر قابل اندازه گیری بین مقادیر 0 و 14 است، مشروط بر اینکه غلظت محلول از 1M تجاوز نکند.

pH متر چه چیزی را اندازه گیری می کند؟

یک pH متر الکترونیکی برای اندازه گیری دقیق تر pH استفاده می شود. pH متر ابزاری است که برای اندازه گیری فعالیت یون هیدروژن در محلول ها استفاده می شود. به عبارت دیگر، این دستگاه اسیدیته/قلیایی محلول را اندازه گیری می کند. درجه فعالیت یون هیدروژن در نهایت به صورت سطح pH بیان می شود که به طور کلی از 1 تا 14 متغیر است.

این اندازه گیری pH مستقیماً با نسبت غلظت یون هیدروژن و غلظت یون هیدروکسیل (به ترتیب [H+] و [OH-]) مرتبط است. تجزیه عمومی سطوح pH در زیر ذکر شده است:

• محلول خنثی: pH = 7
• محلول اسیدی: pH < 7
• محلول اصلی: pH > 7

یک محلول خنثی به دلیل فعالیت های برابر یون های هیدروژن و هیدروکسید، pH برابر با 7 نشان می دهد. محلول های اسیدی PH کمتر از 7 را نشان می دهند (فعالیت یون هیدروژن بالاتر در مقایسه با فعالیت یون هیدروکسید)، و محلول های بازی (یا قلیایی) سطح pH بالاتر از 7 را نشان می دهند (فعالیت یون هیدروکسید بیشتر از یون هیدروژن است).

کالیبراسیون

pH متر باید قبل از هر اندازه گیری با استفاده از حداقل دو محلول بافر استاندارد با مقادیر pH شناخته شده (معمولاً در حدود 4 و 7) کالیبره شود.

بافرها محلول هایی هستند که مقادیر pH ثابتی دارند و توانایی مقاومت در برابر تغییرات در آن سطح pH را دارند. از آنها برای کالیبره کردن سیستم اندازه گیری pH (الکترود و متر) استفاده می شود. می تواند تفاوت های کوچکی بین خروجی یک الکترود و الکترود دیگر و همچنین تغییرات در خروجی الکترودها در طول زمان وجود داشته باشد. بنابراین، سیستم باید به صورت دوره ای کالیبره شود. بافرها با طیف وسیعی از مقادیر pH در دسترس هستند و هم به صورت مایع از پیش مخلوط شده و هم به عنوان کپسول پودر خشک مناسب عرضه می شوند. اکثر pH مترها نیاز به کالیبراسیون در چندین مقدار pH خاص دارند. یک کالیبراسیون معمولاً در نزدیکی نقطه ایزوپتانسیل انجام می شود و دومی معمولاً در pH 4 یا pH 10 انجام می شود. بهتر است یک بافر تا حد امکان نزدیک به pH واقعی نمونه مورد اندازه گیری انتخاب شود.

انواع pH متر

بر اساس قابل حمل بودن:

• pH متر قابل حمل: pH متر معمولی که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد با تجهیزات اضافی برق DC فشرده.
• pH سنج رومیزی: مانند قبلی.
• پی اچ متر قلمی: این یک مقیاس، محدوده اندازه گیری سنتی، آسان برای استفاده و تجهیزات مفید است.

بر اساس استفاده:

• pH متر آزمایشگاهی: چند منظوره، دقت و دقت بالاتر، محدوده اندازه گیری گسترده تر
• pH متر آنلاین صنعتی: بسیار پایدار، ثابت، سازگار با محیط زیست، راندمان بالاتر، تجهیزات دیجیتالی شده با مرزهای بالا و پایین و عملکردهای کنترلی.

بر اساس نوسازی:

• pH متر اقتصادی
• پی اچ متر هوشمند
• pH متر دقیق، که بیشتر به pH متر دیجیتال و عقربه ای تقسیم می شود.

اصل کار pH متر

pH متر بر اساس معادله Nernst است که بر اساس آن بین ولتاژ الکتریکی و غلظت یون رابطه وجود دارد و pH متر از این رابطه برای محاسبه pH محلول نمونه استفاده می کند. بنابراین، اصل کار pH متر بر اساس آنالیز پتانسیومتری است، زیرا pH متر از یک الکترود مرجع و یک الکترود شیشه ای تشکیل شده است.

پتانسیل الکترود مرجع ثابت است و با تغییر محلول نمونه تغییر نمی کند، اما الکترود شیشه ای با تغییر محلول نمونه پتانسیل را تغییر می دهد و از یک غشای شیشه ای تشکیل شده است که به غلظت یون هیدروژن حساس است. pH متر از اختلاف پتانسیل بین الکترود مرجع و شیشه استفاده می کند و پس از اعمال معادله Nernst برای آن، تفاوت را برای اندازه گیری غلظت یون هیدروژن محاسبه می کند که به طور غیر مستقیم pH محلول را نشان می دهد. با تغییر در اختلاف پتانسیل بین الکترود شیشه ای و الکترود مرجع، لحظه ای در الکترون ایجاد می شود که جریان را تولید می کند و این توسط یک ولت متر دیکته می شود.

کاربرد

pH متر به طور گسترده در صنایع زیر استفاده می شود:

1. غذا و نوشیدنی: بیشتر برای محصولات لبنی مانند پنیر، کشک، ماست و غیره استفاده می شود.
2. دارویی: برای اندازه گیری pH محلول ها استفاده می شود.
3. نفت و گاز
4. کشاورزی: برای اندازه گیری pH خاک
5. کارخانه تصفیه آب: برای تخمین کیفیت آب برای منابع آب شهری مانند استخرها استفاده کنید.

اگرچه این فهرست جامعی از صنایعی نیست که از pH متر استفاده می کنند، اما واضح است که pH متر جزء ضروری علم است و تأثیر زیادی بر زندگی ما دارد. به عنوان مثال، می توان از آنها برای اندازه گیری سطح اسیدیته در فاضلاب، که جزء حیاتی فرآیند تصفیه فاضلاب است، استفاده کرد. از آنها برای تجزیه و تحلیل مقدار دقیق pH محصولات غذایی و محصولات شیمیایی برای اطمینان از ایمنی و کیفیت استفاده می شود، یا می توان از آنها برای ارزیابی اسیدیته / قلیایی بودن داروها در صنایع دارویی و بیوتکنولوژی استفاده کرد.

مزایای pH متر

• این سریع ترین و ساده ترین راه برای اندازه گیری pH است.
• صحت و دقت بالا.
• می توان از آن برای کاربردهای مختلف استفاده کرد.
• هم محدوده اسیدی و هم قلیایی pH از 1 تا 14 را پوشش می دهد.
• روش کالیبراسیون آسان بدون تخصص با استفاده از سه محلول بافر استاندارد مانند pH 4، pH 7 و pH 10)
• pH متر قابل حمل و کاربر پسند است.
• نیازی به هزینه نصب بالا ندارید.
• مقرون به صرفه است و می تواند توسط آزمایشگاه هایی با بودجه متوسط نگهداری شود.
• دقیق تر از نوارهای pH و نشانگرهای pH.
• pH سنج با باتری یک انتخاب عالی برای مکان خاصی با مشکلات برق است.

محدودیت های pH متر

• نیاز به کالیبراسیون منظم
• رسوب مواد چسبنده؛ می تواند روند را مختل کند.
• مجهز به پروب بسیار حساس
• نیاز به جابجایی پیچیده
• محلول های بافر خاصی برای کالیبراسیون مورد نیاز است.
• قرائت ممکن است به دلیل نوسان دما و جذب دی اکسید کربن متفاوت باشد.
• ابزار شکننده، بنابراین باید با احتیاط رفتار کرد.
• هزینه بیشتر از نوارهای pH است.

هشدار

• هرگز الکترود را بدون محلول نگهدارنده حاوی بافر نگهداری نکنید، زیرا باعث کم آبی محلول می شود. اگر تصادفاً الکترود دچار کم آبی شد، آن را یک شب در بافر ذخیره سازی خیس کنید تا هیدراتاسیون مجدد به دست آید، اما اغلب کم آبی باعث کاهش طول عمر الکترود می شود.
• همیشه الکترود را با آب دیونیزه تمیز کنید و هر بار که می خواهید آن را مطالعه کنید به آرامی آن را خشک کنید زیرا پاک کردن بیش از حد محلول ذخیره شده از الکترود می تواند بار ساکن کوچکی را روی سطح شیشه الکترود ایجاد کند که میزان قرائت را به حداکثر منحرف می کند. .
• هرگز الکترود خود را کثیف نگذارید.
• هرگز الکترود را در مواد چسبنده مانند آگار، شیر، شراب تخمیر کننده و غیره فرو نکنید زیرا روی سطح بیرونی آن رسوب کرده و الکترود از کار می افتد.
• ذخیره الکترودها در آب دیونیزه شده برای مدت طولانی. به دلیل خواص یونی الکترود، یون خروجی از الکترود سعی در حفظ محلول یونی در آب دارد که می تواند تعادل بیشتری ایجاد کند. که خواص مارینینگ pH الکترود را کاهش می دهد. اگر محلول ذخیره سازی یکی تمام شد، توصیه می شود که الکترود را در آب دیونیزه نگهداری کنید اما نه برای مدت طولانی.

همچنین

• الکترود باید اغلب کالیبره شود.
• کالیبراسیون صحیح الکترود از همه مهمتر است. برای کالیبراسیون مناسب pH متر، محلول بافر با pH شناخته شده مورد نیاز است.
• الکترود باید به طور کامل در محلول ذخیره سازی غوطه ور شود، در غیر این صورت، غوطه وری مناسب بخشی از الکترود را کم آب می کند که آن را بی فایده می کند.
• آزمایش یا خواندن باید در دمای مناسب انجام شود، زیرا نوسانات دما می‌تواند باعث تغییر در خوانش شود.

“کیمیا زیست گستر نوین” در راستای ارتقاء تولیدات و سطح علمی کشور مبادرت به واردات و توزیع مواد شیمیایی و مصرفی آزمایشگاهی کرده است. هدف مجموعه ما تأمين مواد و تجهيزات مورد نياز در بخش هاى مختلف آزمايشگاهى، تحقيقاتى، بيمارستانى، صنعتى و … مي باشد.