pH Ölçümü

ph-olcumu

pH ölçümü çok çeşitli uygulamalarda kullanılır: tarım, atık su arıtma, endüstriyel işlemler, çevresel izleme ve araştırma ve geliştirmede. pH, bir çözeltinin asitliği veya alkalinitesinin bir ölçüsüdür. PH değeri, bir çözeltide bulunan göreceli hidrojen iyonlarının (H +) miktarını belirtir. H + konsantrasyonu ne kadar yüksekse, çözelti o kadar asidiktir ve pH o kadar düşük olur. Bu ilişkide pH, hidrojen aktivitesinin negatif logaritması olarak tanımlanır. Standart bir pH ölçüm sistemi üç unsurdan oluşur: 1) pH elektrodu; 2) sıcaklık dengeleme elemanı ve 3) pH metre veya kontrolör.

PH Nedir? Ph’ın Tanımı

Bir çözeltinin pH değeri, hidrojen iyonu konsantrasyonunun [H +] ve bu konsantrasyondaki hidrojenin aktivite katsayısının (gH +) ürünü olan hidrojen iyonu aktivitesinin (α) negatif logudur.

pH = –log α = –log γH + [H +]

Saf suda ve seyreltik solüsyonlarda, H + aktivitesi H + konsantrasyonu ile aynı kabul edilebilir.

pH = –log γH + [H +] = –log [H +]

Bir çözeltinin pH’ı, suyun iyonlaşmasına göre asitlik veya alkalinite derecesini ölçer. Saf su, 25 ° C’de 10-7 M
[H +] ve [OH–] verecek şekilde ayrışır; dolayısıyla suyun pH’ı nötrlük noktası olan 7’dir.

pHsu = –log [H +] = –log 10-7 = 7

Çoğu pH okuması 0 ila 14 arasındadır. Sudan daha yüksek [H +] içeren (pH 7’den az) solüsyonlar asidiktir; [H +] sudan daha düşük (pH 7’den büyük) çözeltiler bazik veya alkalindir.

PH Probunun Tanımı

ph-probuPh ölçümü, bilinmeyen [H +] içeren çözeltilerin potansiyelini bilinen bir referans potansiyeli ile karşılaştırmayı içerir. pH ölçerler, bir referans yarı hücre ile bir algılama yarım hücre arasındaki voltaj oranını pH değerlerine dönüştürür. Günümüzde çoğu elektrot, aynı vücutta hem referans hem de algılama yarı hücrelerine sahip kombinasyon elektrotlarıdır.

Referans Yarım Hücreler, bilinen [H +] içeren bir çözeltiye batırılmış bir iletken (genellikle gümüş klorür kaplamalı gümüş) içerir. Bu dahili iletken ile bilinen çözüm arasındaki potansiyel sabittir ve kararlı bir referans potansiyel sağlar.

Algılama Yarım Hücreleri (ölçüm yarı hücreleri), iletken bir cam membrana kapatılmış iletken olmayan bir camdan (veya epoksi) yapılır. Referans yarı hücre gibi, algılama yarı hücresi de tamponlu bir elektrolit çözeltisine daldırılmış bir iletken içerir, bu da cam membranın iç yüzeyinde ve algılama iletkeninde sabit voltajlar sağlar.

PH elektrodu ölçülecek çözelti içine daldırıldığında, algılayıcı cam membranın yüzeyinde bir potansiyel oluşturulur. Bilinmeyen çözüm nötr ise, cam membranın iç yüzeyindeki ve algılama iletkeni üzerindeki sabit voltajların toplamı, cam membranın dış yüzeyindeki ve referans yarım hücredeki voltajı yaklaşık olarak dengeler. Bu, 0 mV’luk toplam potansiyel farkı ve 7’lik bir pH değeri ile sonuçlanır.

Asidik veya alkali çözeltilerde, dış membran yüzeyindeki voltaj [H +] ‘daki değişikliklerle orantılı olarak değişir. PH metre, potansiyeldeki değişikliği tespit eder ve bilinmeyenin [H +] değerini Nernst denklemi ile belirler.

pH Sıcaklık Telafisi Nedir?

Herhangi bir çözeltinin pH’ı, sıcaklığının bir fonksiyonudur. Elektrottan voltaj çıkışı, pH’daki değişikliklerle ilişkili olarak doğrusal olarak değişir ve çözeltinin sıcaklığı, grafiğin eğimini belirler. Bir pH birimi, tüm kalibrasyonların referans alındığı standart voltaj ve sıcaklık olan 25 ° C’de 59,16 mV’ye karşılık gelir. Elektrot voltajı 0,0 ° C’de 54,20 mV / pH birimine düşer ve 100,0 ° C’de 74,04 mV / pH birimine yükselir.

PH değerleri sıcaklığa bağlı olduğundan, pH ölçümü, pH değerlerinin standartlaştırılmasını sağlamak için bir çeşit sıcaklık telafisi gerektirir. Otomatik sıcaklık dengelemeli (ATC) ölçüm cihazları ve kontrolörler, bir sıcaklık elemanından sürekli bir sinyal alır ve çözeltinin sıcaklığına bağlı olarak pH değerini otomatik olarak düzeltir. Manuel sıcaklık telafisi, kullanıcının sıcaklığı girmesini gerektirir. ATC’nin çoğu pH uygulaması için daha pratik olduğu düşünülmektedir.

PH Metre Kalibrasyonu

Nernst’e göre, pH ölçümü , sulu çözeltilerdeki hidrojen iyonlarının aktivitesinin elektrokimyasal olarak belirlenmesine dayanır. Sulu solüsyonlarda yapılan en yaygın laboratuvar ölçümüdür. Nernst denkleminde, elektrik potansiyelleri ölçülür ve buna göre dönüştürülür. PH değeri için, diğer tüm “pH’lar” için referans olarak kullanılan “Uluslararası Prototip pH” yoktur.

Bunun yerine, en geniş kabul gören uygulama, sulu çözeltilerde belirlenmiş hidrojen iyonu aktivitesi yaratan tuzları içeren tampon çözeltilerinin kullanılmasıdır. Tampon çözelti terimi kullanılmaktadır çünkü hidrojen iyon konsantrasyonundaki küçük değişiklikler bu çözeltilerde hemen hemen değişmeden kalacaktır.

ph-metre-kalibrasyonuHidrojen standart elektroduna karşı çok karmaşık ölçüm prosedürleri aracılığıyla, bu çözümler incelenir ve belirsizlikleri Gaithersburg, Maryland ABD’deki Ulusal Standartlar Enstitüsü veya Braunschweig, Almanya’daki Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) gibi enstitülerde belirlenir. Böylece, üzerine başka standartların oluşturulabileceği ikincil bir referans malzeme veya standart oluşturulur.
Örneğin: Üreticiler, materyallerini (uygun olarak tanımlanır) yukarıda belirtilen kurumlardan biri tarafından referans materyal olarak onaylatabilir ve böylece bunu kendi laboratuarlarında karşılaştırarak daha fazla referans materyal oluşturmak için bir temel olarak kullanabilir.

Bu sistem, DIN ISO 9000ff standardına göre sertifikasyon için özellikle önemlidir. Belgelendirmeyi alan firmaların test ekipmanları, kalite güvencesi çerçevesinde izlenmeye tabi tutulur ve kendi menfaatleri için uluslararası standartlara göre izlenebilir. İzlenebilirlik belgelendirilmeli ve üreticiler tarafından sağlanmalıdır. Benzer şekilde, çoğu ticari enstrümanın çalıştığı DIN / NIST tamponları için uluslararası olarak oluşturulmuş standartlar. Bununla birlikte birçok kullanıcı, kalibrasyon için yaygın olarak adlandırılan Teknik tampon çözümlerini de kullanır. Bu tamponların benzersiz özelliği, belirli referans sıcaklıklarında (20 veya 25 ° C) 2,00 gibi tam sayı pH değerlerine sahip olmalarıdır; 4.00; 7.00. Bu, elektrokimyasal pH ölçümünün kadranlı analog cihazlar kullanarak kesin okumalar elde etmenin zor olduğu ilk zamanlarından kaynaklanmaktadır. Bu sınırlama artık geçerli değildir. Bununla birlikte, dijital pH metrelerin piyasaya sürülmesinden sonra, Teknik tampon çözeltileri tercihi yeniden su yüzüne çıktı.

Ticari tampon çözeltilerinin doğruluk aralığı ± 0.01 ile ± 0.04 pH arasındadır. Müşteri bunu referans olarak kullanarak sensörlerini kontrol eder ve ölçüm vericisinin (sayaç) okumalarını, daha önce açıklanan ölçeğe benzer şekilde belirlenen sapmalara göre ayarlar. Bir pH kombinasyon elektrodunu kalibre ederken, ana odak iki parametre üzerindedir: Sıfır noktası sapması ve eğim.

DIN 19266 standardına göre sıfır noktası sapması + 0,5 pH birimi içinde olmalıdır . Bir pH kombinasyon elektrodunun ideal eğimi 25 ° C’de 59,2 mV / pH’dır. Sapmaları belirleyerek ve kombinasyon elektrodunu kullanılan ölçüm cihazına göre elektronik olarak ayarlayarak, kesintisiz bir zincirde birincil standarda göre izlenebilir, doğru ve karşılaştırılabilir ölçümler için ön koşullar oluşturulur. PH değerinin önemli bir dokümantasyonuna katkıda bulunan diğer noktalar, izlenebilir standartlarla test edilen ölçüm cihazları ve ayrı seri numaralarına sahip sensörlerdir. Bunlarla, başarılı operasyon garanti edilir ve karışıklık ve hataların önlenmesine yardımcı olan net tahsisler yapılabilir.

PH kalibrasyonu ile ilgili pratik notlar:

Tampon çözeltiler kimyasal ürünlerdir ve yaşlanma sürecinden geçer. Son kullanma tarihinden sonra kullanılamazlar.

Açık kaplar hemen, açıldıktan sonra sadece birkaç dakika kullanılmalıdır. Bu özellikle daha fazla CO2 absorbe etme eğiliminde olan ve pH değerlerini düşüren alkali tamponlar için geçerlidir.

Tampon çözeltileri her kullanımdan sonra atılmalıdır.

İdeal olarak, kalibrasyon sıcaklığı ölçüm sıcaklığı ile aynı olmalıdır. Tüm vakaların% 95’inde ölçümler kritik değildir ve oda sıcaklığında gerçekleştirilir. Kritik ise, tampon çözeltiler ve buna göre temperlenmiş elektrotlar ile oda sıcaklığının üstünde veya altında ölçümler alınır.

Genel bir kural olarak, buzdolabında tampon solüsyonları saklamayın. Bu, elektrot zamanının daha uzun oturmasına ve kalibrasyon sırasında daha uzun bekleme sürelerine neden olacaktır.

Kalibrasyon sıklığı, gerekli doğruluğa ve sensörü etkileyen ortama (sapma) bağlıdır. Aralık, kritik uygulamalarda (farmasötik laboratuvarlar) günde birkaç kez ve nispeten kritik olmayan uygulamalar için iki haftada bir arasındadır.

PH ölçümü Nerede ve Neden Yapılır?

  • İlaç ve kimya endüstrisi
  • Tarım Alanları
  • Kalite kontrol
  • Kimyasal reaksiyonların kontrolü
  • Gıda üretimi: kalite özellikleri (kesimden sonra etin pH eğrisi), saklama ömrü (zararlı bakterilerin üremesi pH değerine bağlıdır), mikro biyotik gıda üretiminin kontrolü ve izlenmesi
  • Süt işletmelerinde kalite kontrol: taze sütün pH değeri 6,6 – 6,8’dir. Saklama: pH değeri düşer, süt ekşi hale gelir, pH 4.7 değerinde pıhtılaşma
  • Fırınlarda kalite kontrol ve verimli üretim: Hamurun yükselmesi için düşük pH değerine ihtiyacı vardır, ekmeğin büyüklüğü pH değerine bağlıdır, daha yüksek pH değerlerinde ekmek çok serttir ve fazla kabarmaz