หลักการวัดค่า pH อุปกรณ์และประเภทของเครื่องวัดค่า pH

ในการกำหนดระดับค่า pH อย่างรวดเร็ว (หรืออีกนัยหนึ่งคือระดับความเป็นกรด) ของสื่อต่างๆ จะใช้เครื่องวัดค่า pH น้ำอุตสาหกรรมหรือน้ำดื่ม สารละลายกรด เกลือหรือด่าง เลือด ปัสสาวะ และของเหลวในร่างกายอื่นๆ ผลไม้ ผัก และอาหารอื่นๆ ยารักษาโรค ฯลฯ — ตามหลักการแล้ว ทุกสิ่งสามารถกลายเป็นเป้าหมายของค่า pH ของการวิจัยเชิงปฏิบัติการได้

การวัดค่า pH เป็นการวัดกิจกรรมของไฮโดรเจนไอออนในตัวกลาง และแม้แต่การกำหนดค่า pH เองก็แปลตามตัวอักษรจากภาษาละติน "pondus Hydrogenii" ว่า "น้ำหนักของไฮโดรเจน"

ทุกวันนี้ เครื่องวัดค่า pH ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านจุลชีววิทยาและการแพทย์ ในการบำบัดน้ำและเคมีเกษตร วิทยาศาสตร์ดิน ในไฮโดรโปนิกส์ ในห้องปฏิบัติการและการวิจัยภาคสนาม ในอุตสาหกรรมเคมีและอาหาร ในการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ และในที่อื่น ๆ อีกมากมาย

เครื่องวัดค่า pH ที่ทันสมัยช่วยให้คุณกำหนดค่า pH ได้อย่างถูกต้องและรวดเร็วถ้า pH เท่ากับ 7 แสดงว่าตัวกลางนั้นเป็นกลาง เช่น น้ำกลั่น ซึ่งไฮโดรเจนไอออนบวก H + และไฮดรอกไซด์ไอออนลบ OH- จะถูกแบ่งเท่าๆ กัน ถ้าความเป็นกรดมากกว่า 7 แสดงว่าตัวกลางเป็นด่าง ถ้า pH น้อยกว่า 7 แสดงว่าตัวกลางมีสภาพเป็นกรด

และแม้ว่านักเคมีจะสามารถระบุความเป็นกรดของตัวกลางด้วยวิธีดั้งเดิมได้เสมอ โดยใช้อินดิเคเตอร์ เช่น ฟีนอล์ฟทาลีน อย่างไรก็ตาม ในบางกระบวนการก็จำเป็นต้องหาปริมาณอินดิเคเตอร์นี้อย่างแม่นยำ และบางครั้งก็จำเป็นต้องตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง เพื่อดำเนินการแก้ไขให้ถูกต้อง นี่คือสิ่งที่เครื่องวัดค่า pH ถูกคิดค้นขึ้น

เครื่องวัดค่า pH เป็นเครื่องวัดค่ามิลลิโวลต์มิเตอร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากวัดความต่างศักย์ในระบบเคมีไฟฟ้าของอิเล็กโทรดคู่หนึ่งและตัวกลางทดสอบที่วางอิเล็กโทรดไว้ เป็นความจริงที่ระดับของอุปกรณ์ไม่ได้วัดเป็นมิลลิโวลต์ แต่เป็นค่า pH เนื่องจาก EMF ที่วัดได้เป็นสัดส่วนกับค่า pH

อิเล็กโทรดสองตัว: อินดิเคเตอร์แก้ว (ตัวออกซิไดเซอร์ไม่กลัวแก้วโบโรซิลิเกต) และซิลเวอร์คลอไรด์ — อิเล็กโทรดอ้างอิงเพิ่มเติม อิเล็กโทรดแก้วมีความต้านทานสูงมากหลายสิบเมกะโอห์ม และนี่เป็นเพียงข้อกำหนดพื้นฐานเท่านั้น ความต้านทานของโพรบไม่ควรน้อยกว่า 0.1 GΩ เครื่องวัดค่า pH ได้รับการสอบเทียบโดยใช้สารละลายบัฟเฟอร์ของค่า pH ที่ทราบ

เนื่องจากค่า EMF ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ อุปกรณ์การวัดแต่ละชิ้นจึงมีการชดเชยอุณหภูมิสำหรับการวัดที่อุณหภูมิอื่นที่ไม่ใช่ +25 °Cแต่เพื่อให้ได้ความแม่นยำสูงมาก จำเป็นต้องวัดอย่างแม่นยำที่อุณหภูมิ +25°C ซึ่งเป็นสาเหตุที่เครื่องวัดค่า pH จำนวนมากติดตั้งเทอร์โมมิเตอร์ในตัว คุณจึงติดตามอุณหภูมิของตัวกลางได้ทันที ขั้นตอนการวิจัย

อิเล็กโทรดกระจกแสดงสถานะอยู่ในรูปของหลอดที่มีลูกบอลผนังบางที่ปลาย ทำจากแก้วโบโรซิลิเกตชนิดพิเศษที่นำไฟฟ้าได้ โดยพื้นฐานแล้วเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้า การเคลื่อนที่ของไอออนบวก H + ภายในแก้วทำให้สามารถใช้งานได้ (ไอออนบวกภายในแก้วเคลื่อนที่เมื่อเทียบกับโพลิเอเนียนของกรดซิลิกิก) สารแขวนลอยของซิลเวอร์คลอไรด์ในสารละลายของกรดไฮโดรคลอริกจะถูกเทลงในหลอดทดลอง หลังจากนั้นจุ่มลวดเงินลงไป - นี่คือวิธีการหาอิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์

วางอิเล็กโทรดแก้วลงในสื่อทดสอบ วงจรไฟฟ้าปิดโดยวางอิเล็กโทรดอ้างอิงเพิ่มเติม (วางปรอท-คาโลเมลในสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์) ลงในนั้น (ผ่านสวิตช์อิเล็กโทรไลต์หรือโดยตรง) โพแทสเซียมคลอไรด์สร้างการสัมผัสระหว่างส่วนปรอท-คาโลเมลของเซลล์และตัวกลางทดสอบ อิเล็กโทรดเพิ่มเติมนี้มักจะอยู่ในกล่องแก้วที่ไอออน H + ผ่านไม่ได้

การสัมผัสตัวนำไฟฟ้าของสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ในอิเล็กโทรดอ้างอิงกับสารละลายทดสอบเกิดขึ้นเนื่องจากเกลียวหรือเส้นเลือดฝอยบางๆ ในกล่องแก้ว ด้วยวิธีนี้ จะได้เซลล์กัลวานิกจากอิเล็กโทรดอ้างอิงและอิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์ และ ส่วนอิเล็กโทรไลต์ของเซลล์ประกอบด้วยฟิล์มแก้วที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและสภาพแวดล้อมในการทดสอบ

EMF ของระบบอิเล็กโทรดวัดด้วยมิลลิโวลต์มิเตอร์ สเกลวัดเป็นค่า pHอิเล็กตรอนจากอิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์จะถูกถ่ายโอนไปยังอิเล็กโทรดอ้างอิงภายใต้การทำงานของ EMF ที่วัดได้ ซึ่งจะมาพร้อมกับการถ่ายโอนโปรตอนที่เท่ากันจากด้านในของอิเล็กโทรดแก้วไปยังตัวกลาง

หากในกรณีนี้เราใช้ความเข้มข้นของไอออนบวกของไฮโดรเจน H + ในค่าคงที่ของอิเล็กโทรดแก้ว EMF จะเป็นฟังก์ชันของกิจกรรมของ H + นั่นคือฟังก์ชันของค่า pH ของตัวกลางที่ศึกษา

เครื่องวัดค่า pH รุ่นทันสมัยทำงานด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ที่ทำการชดเชยอุณหภูมิและแก้ปัญหางานที่เกี่ยวข้องมากมาย ยิ่งอุปกรณ์มีความซับซ้อนมากเท่าใด ก็ยิ่งสามารถแก้ปัญหาได้มากขึ้นเท่านั้น ระดับความแม่นยำของเครื่องมือจะแตกต่างกันไปตามรุ่น และสามารถเลือกเครื่องวัดค่า pH ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกันได้

มีเครื่องวัดค่า pH ในครัวเรือนแบบพกพา มีห้องปฏิบัติการระดับมืออาชีพ แบบพกพาและแบบอยู่กับที่สำหรับอุตสาหกรรม เครื่องวัดค่า pH บางรุ่นวัดความเข้มข้นของไอออนในตัวกลาง เนื้อหาของไนเตรต ฯลฯ มีหน่วยความจำในตัวเพื่อเก็บผลลัพธ์ ความสามารถในการสื่อสารกับคอมพิวเตอร์ และฟังก์ชันการปรับพารามิเตอร์ผ่านวงจรป้อนกลับ