Η αρχή της μέτρησης του pH, η συσκευή και οι τύποι των μετρητών pH
Για να προσδιοριστεί γρήγορα το επίπεδο pH (με άλλα λόγια, το επίπεδο οξύτητας) διαφόρων μέσων, χρησιμοποιούνται μετρητές pH. Βιομηχανικό ή πόσιμο νερό, οξύ, αλάτι ή αλκαλικό διάλυμα, αίμα, ούρα και άλλα σωματικά υγρά, φρούτα, λαχανικά και άλλα τρόφιμα, ιατρικά φάρμακα κ.λπ. — κατ' αρχήν, τα πάντα μπορούν να γίνουν αντικείμενο επιχειρησιακής έρευνας τιμής pH.
Η μέτρηση του PH είναι ουσιαστικά μια μέτρηση της δραστηριότητας των ιόντων υδρογόνου σε ένα μέσο. Και ακόμη και η ίδια η ονομασία pH μεταφράζεται κυριολεκτικά από το λατινικό "pondus Hydrogenii" ως "βάρος υδρογόνου".
Σήμερα, τα pH μετρητές χρησιμοποιούνται ευρέως στη μικροβιολογία και την ιατρική, στην επεξεργασία υδάτων και στη αγροχημεία, στην επιστήμη του εδάφους, στην υδροπονία, στην εργαστηριακή και επιτόπια έρευνα, στη χημική βιομηχανία και στη βιομηχανία τροφίμων, στην ενυδρεία και σε πολλά άλλα μέρη.
Ο σύγχρονος μετρητής pH σάς επιτρέπει να προσδιορίζετε με ακρίβεια και γρήγορα την τιμή του pH.Εάν το pH είναι 7, το μέσο είναι ουδέτερο, όπως το απεσταγμένο νερό, στο οποίο τα θετικά ιόντα υδρογόνου H + και τα αρνητικά ιόντα υδροξειδίου OH- διαιρούνται εξίσου. Εάν η οξύτητα είναι μεγαλύτερη από 7, τότε το μέσο είναι αλκαλικό. Εάν το pH είναι μικρότερο από 7, το μέσο είναι όξινο.
Και παρόλο που οι χημικοί ήταν πάντα σε θέση να προσδιορίσουν την οξύτητα του μέσου με την κλασική μέθοδο, χρησιμοποιώντας δείκτες, για παράδειγμα, φαινολοφθαλεΐνη, ωστόσο, σε ορισμένες διαδικασίες είναι απλώς απαραίτητο να ποσοτικοποιηθεί με ακρίβεια αυτός ο δείκτης και μερικές φορές είναι απαραίτητο να παρακολουθείται συνεχώς αυτό, για να κανονίσετε να το διορθώσετε. Για αυτό εφευρέθηκαν τα pHμετρα.
Ο μετρητής pH είναι στην πραγματικότητα ένα ηλεκτρονικό μιλιβολτόμετρο, καθώς μετρά τη διαφορά δυναμικού στο ηλεκτροχημικό σύστημα ενός ζεύγους ηλεκτροδίων και του μέσου δοκιμής στο οποίο τοποθετούνται. Είναι αλήθεια ότι η κλίμακα της συσκευής δεν βαθμολογείται εδώ σε millivolt, αλλά σε pH, αφού το μετρούμενο EMF αποδεικνύεται ανάλογο του pH.
Δύο ηλεκτρόδια: ένας δείκτης γυαλιού (οι οξειδωτές δεν φοβούνται το βοριοπυριτικό γυαλί) και το χλωριούχο άργυρο — ένα πρόσθετο ηλεκτρόδιο αναφοράς. Το γυάλινο ηλεκτρόδιο έχει πολύ υψηλή αντίσταση δεκάδων megohm, και αυτή είναι μόνο η βασική απαίτηση — η αντίσταση του ανιχνευτή δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 0,1 GΩ. Το pHόμετρο βαθμονομείται χρησιμοποιώντας ρυθμιστικά διαλύματα γνωστού pH.
Λόγω του γεγονότος ότι η τιμή EMF επηρεάζεται από τη θερμοκρασία, κάθε τέτοια συσκευή μέτρησης έχει αντιστάθμιση θερμοκρασίας για μετρήσεις σε θερμοκρασίες διαφορετικές από + 25 ° C.Αλλά για να επιτευχθεί πολύ υψηλή ακρίβεια, είναι απαραίτητο να μετρήσετε με ακρίβεια σε θερμοκρασία + 25 ° C, γι 'αυτό πολλά pH μέτρα είναι εξοπλισμένα με ένα ενσωματωμένο θερμόμετρο, ώστε να μπορείτε να παρακολουθείτε αμέσως τη θερμοκρασία του μέσου η διαδικασία της έρευνας.
Το γυάλινο ηλεκτρόδιο ένδειξης σε μορφή σωλήνα με λεπτό τοίχωμα μπάλα στο άκρο, κατασκευασμένο από ειδικό ηλεκτρικά αγώγιμο βοριοπυριτικό γυαλί, είναι ουσιαστικά συνδεδεμένο με ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Η κίνηση θετικών ιόντων H + μέσα σε ένα τέτοιο γυαλί καθιστά δυνατή τη χρήση του (κατιόντα μέσα στο γυαλί κινούνται σε σχέση με το πολυανιόν του πυριτικού οξέος). Ένα εναιώρημα χλωριούχου αργύρου σε διάλυμα υδροχλωρικού οξέος χύνεται στον δοκιμαστικό σωλήνα, μετά τον οποίο βυθίζεται ένα ασημένιο σύρμα - έτσι λαμβάνεται ένα ηλεκτρόδιο χλωριούχου αργύρου.
Το γυάλινο ηλεκτρόδιο χαμηλώνεται στο μέσο δοκιμής, το ηλεκτρικό κύκλωμα κλείνει τοποθετώντας ένα πρόσθετο ηλεκτρόδιο αναφοράς (πολτός υδραργύρου-καλομέλη σε διάλυμα χλωριούχου καλίου) σε αυτό (μέσω ηλεκτρολυτικού διακόπτη ή απευθείας). Το χλωριούχο κάλιο δημιουργεί επαφή μεταξύ του τμήματος υδραργύρου-καλομέλης του κυττάρου και του μέσου δοκιμής. Αυτό το πρόσθετο ηλεκτρόδιο τοποθετείται συνήθως σε γυάλινη θήκη που είναι αδιαπέραστη από ιόντα Η+.
Η αγώγιμη επαφή του διαλύματος χλωριούχου καλίου στο ηλεκτρόδιο αναφοράς με το διάλυμα δοκιμής σχηματίζεται λόγω ενός λεπτού νήματος ή τριχοειδούς σε γυάλινη θήκη. Με αυτόν τον τρόπο, λαμβάνεται ένα γαλβανικό στοιχείο από ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς και ένα ηλεκτρόδιο χλωριούχου αργύρου, και το τμήμα ηλεκτρολύτη του στοιχείου περιλαμβάνει ένα αγώγιμο γυάλινο φιλμ και περιβάλλον δοκιμής.
Το EMF του συστήματος ηλεκτροδίων μετράται με χιλιοβολτόμετρο, η κλίμακα του είναι βαθμολογημένη σε pH.Τα ηλεκτρόνια από το ηλεκτρόδιο του χλωριούχου αργύρου μεταφέρονται στο ηλεκτρόδιο αναφοράς υπό τη δράση του μετρούμενου EMF, το οποίο συνοδεύεται πάντα από τη μεταφορά ίσου αριθμού πρωτονίων από το εσωτερικό του ηλεκτροδίου γυαλιού στο μέσο.
Αν σε αυτή την περίπτωση πάρουμε τη συγκέντρωση θετικών ιόντων υδρογόνου H + στη σταθερά του γυάλινου ηλεκτροδίου, τότε το EMF θα είναι συνάρτηση της δραστηριότητας του H +, δηλαδή συνάρτηση του pH του υπό μελέτη μέσου.
Τα σύγχρονα μοντέλα μετρητών pH λειτουργούν χάρη σε μικροεπεξεργαστές που εκτελούν αντιστάθμιση θερμοκρασίας και επιλύουν πολλές σχετικές εργασίες. Όσο πιο περίπλοκη είναι η συσκευή, τόσο περισσότερες εργασίες μπορεί να λύσει. Η κατηγορία ακρίβειας των οργάνων ποικίλλει ανάλογα με το μοντέλο και μπορεί να επιλεγεί ένα κατάλληλο pHόμετρο για διαφορετικές εφαρμογές.
Υπάρχουν οικιακά pH μετρητές τσέπης, υπάρχουν επαγγελματικά εργαστηριακά, φορητά και βιομηχανικά σταθερά. Μερικοί μετρητές pH μετρούν τη συγκέντρωση ιόντων στο μέσο, την περιεκτικότητα σε νιτρικά άλατα κ.λπ., έχουν ενσωματωμένη μνήμη για την αποθήκευση των αποτελεσμάτων, τη δυνατότητα επικοινωνίας με υπολογιστή και τη λειτουργία προσαρμογής παραμέτρων μέσω βρόχου ανάδρασης.