Princíp merania pH, prístroj a typy pH metrov
Na rýchle určenie úrovne pH (inými slovami úrovne kyslosti) rôznych médií sa používajú pH metre. Priemyselná alebo pitná voda, roztok kyselín, solí alebo zásad, krv, moč a iné telesné tekutiny, ovocie, zelenina a iné potraviny, liečivá atď. — predmetom operačného výskumu hodnoty pH sa v zásade môže stať všetko.
Meranie PH je v podstate meraním aktivity vodíkových iónov v médiu. A aj samotné označenie pH je doslovne preložené z latinského „pondus Hydrogenii“ ako „hmotnosť vodíka“.
Dnes majú pH metre široké využitie v mikrobiológii a medicíne, v úprave vody a agrochémii, v pôdoznalestve, v hydropónii, v laboratórnom a terénnom výskume, v chemickom a potravinárskom priemysle, v akvaristike a na mnohých ďalších miestach.
Moderný pH meter umožňuje presne a rýchlo určiť hodnotu pH.Ak je pH 7, médium je neutrálne, ako je destilovaná voda, v ktorej sú kladné vodíkové ióny H+ a záporné hydroxidové ióny OH- rovnomerne rozdelené. Ak je kyslosť vyššia ako 7, potom je médium alkalické. Ak je pH nižšie ako 7, médium je kyslé.
A hoci chemici vždy dokázali určiť kyslosť média klasickou metódou pomocou indikátorov, napríklad fenolftaleínu, v niektorých procesoch je jednoducho potrebné tento indikátor presne kvantifikovať a niekedy je potrebné neustále monitorovať zariadiť nápravu. Na to boli vynájdené pH metre.
pH meter je vlastne elektronický milivoltmeter, pretože meria potenciálny rozdiel v elektrochemickom systéme dvojice elektród a testovacieho média, v ktorom sú umiestnené. Je pravda, že stupnica prístroja je tu odstupňovaná nie v milivoltoch, ale v pH, pretože namerané EMF je úmerné pH.
Dve elektródy: sklenený indikátor (oxidanty sa neboja borosilikátového skla) a chlorid strieborný - prídavná referenčná elektróda. Sklenená elektróda má veľmi vysoký odpor desiatok megaohmov, a to je len základná požiadavka — odpor sondy by nemal byť menší ako 0,1 GΩ. pH meter sa kalibruje pomocou tlmivých roztokov so známym pH.
Vzhľadom na to, že hodnota EMF je ovplyvnená teplotou, má každé takéto meracie zariadenie teplotnú kompenzáciu pre merania pri iných teplotách ako + 25°C.Ale na dosiahnutie veľmi vysokej presnosti je potrebné merať presne pri teplote + 25 °C, preto je veľa pH metrov vybavených vstavaným teplomerom, takže môžete okamžite sledovať teplotu média v proces výskumu.
Sklenená indikačná elektróda vo forme trubice s tenkostennou guľôčkou na konci, vyrobená zo špeciálneho elektricky vodivého borosilikátového skla, je v podstate zapojená do elektrického obvodu. Pohyb kladných iónov H + vo vnútri takéhoto skla umožňuje jeho použitie (katióny vo vnútri skla sa pohybujú relatívne k polyaniónu kyseliny kremičitej). Do skúmavky sa naleje suspenzia chloridu strieborného v roztoku kyseliny chlorovodíkovej a potom sa do nej ponorí strieborný drôt - takto sa získa elektróda chloridu strieborného.
Sklenená elektróda sa spustí do testovacieho média, elektrický obvod sa uzavrie umiestnením ďalšej referenčnej elektródy (ortuťovo-kalomelová pasta v roztoku chloridu draselného) do nej (cez elektrolytický spínač alebo priamo). Chlorid draselný vytvára kontakt medzi ortuťovo-kalomelovou časťou článku a testovacím médiom. Táto prídavná elektróda je zvyčajne umiestnená v sklenenom obale, ktorý je nepriepustný pre ióny H +.
Vodivý kontakt roztoku chloridu draselného v referenčnej elektróde s testovacím roztokom sa vytvára vďaka tenkému závitu alebo kapiláre v sklenenom puzdre.Takýmto spôsobom sa z referenčnej elektródy a elektródy chloridu strieborného získa galvanický článok. elektrolytová časť článku obsahuje vodivý sklenený film a testovacie prostredie.
EMF elektródového systému sa meria milivoltmetrom, jeho stupnica je odstupňovaná v pH.Elektróny z elektródy chloridu strieborného sa prenášajú na referenčnú elektródu pôsobením meraného EMF, čo je vždy sprevádzané prenosom rovnakého počtu protónov z vnútra sklenenej elektródy do média.
Ak v tomto prípade vezmeme koncentráciu kladných vodíkových iónov H + v konštante sklenenej elektródy, potom EMF bude funkciou aktivity H +, to znamená funkciou pH skúmaného média.
Moderné modely pH metrov fungujú vďaka mikroprocesorom, ktoré vykonávajú teplotnú kompenzáciu a riešia mnoho súvisiacich úloh. Čím je zariadenie zložitejšie, tým viac úloh dokáže vyriešiť. Trieda presnosti prístrojov sa líši podľa modelu a pre rôzne aplikácie je možné zvoliť vhodný pH meter.
Existujú vreckové domáce pH metre, profesionálne laboratórne, prenosné a priemyselné stacionárne. Niektoré pH metre merajú koncentráciu iónov v médiu, obsah dusičnanov a pod., majú zabudovanú pamäť na uloženie výsledkov, možnosť komunikácie s počítačom a funkciu nastavovania parametrov cez spätnú väzbu.