рН-метрія

pH-метр - прилад для вимірювання водневого показника (показника pH), що характеризує активність іонів водню в розчинах, воді, харчовій продукції та сировині, об'єктах навколишнього середовища та виробничих системах безперервного контролю технологічних процесів, у тому числі в агресивних середовищах.

Поняття рН було запроваджено 1909 року датським хіміком Серенсеном. Показник називається pH, за першими буквами латинських слів potentia hydrogeni – сила водню, або pondus hydrogenii – вага водню. Взагалі хімії поєднанням pX прийнято позначати величину, рівну -lgX, а буква H у разі означає концентрацію іонів водню (H + ).

В основу роботи покладено потенціометричний метод вимірювання pH та Eh контрольованого розчину. При вимірі pH (або Eh) розчинів використовується первинний вимірювальний перетворювач - електродна система, що складається з вимірювального електрода та електрода порівняння.

Ці електроди можуть бути як роздільні пристрої, так і бути об'єднані в одному корпусі (комбінований електрод). Електродна система, занурена в аналізований розчин, розвиває електрорушійну силу (ЕРС), пропорційну показнику активності іонів водню (pH) або співвідношення концентрацій окисленої та відновленої форм редокс-системи. ЕРС електродної системи залежить також від температури аналізованого розчину. Для вимірювання температури та обліку її впливу на електродну систему (термокомпенсації) використовується первинний перетворювач – датчик температури, побудований на основі терморезистора (далі – термодатчик). Для електродних систем, застосовуваних визначення pH розчинів, існує точка (значення pH) у якій їх ЕРС залежить від температури.Ця точка називається ізопотенційною, а відповідні їй значення «pXi» і «Ei» називаються координатами ізопотенційної точки. На основі виміряної величини ЕРС вторинний перетворювач (далі перетворювач) здійснює розрахунок значення pH за наступною формулою:

pН = pXi - (Е - Ei) / Кs • (54,1 + 0,198 t),

де Е - виміряна ЕРС електродної системи, мВ;

pХi - координата ізопотенційної точки електродної системи;

Ei - координата ізопотенційної точки електродної системи, мВ;

Ks - частка, яку становить реальна крутість електродної характеристики від теоретичного значення, що дорівнює (54,1 + 0,198 t);

t — температура розчину, виміряна термодатчиком або введена вручну, °С.

Значення pH виводиться на екран перетворювача. Крім цього, на дисплей можуть виводитися результати вимірювання ЕРС електродної пари і температури середовища в одиницях мВ і °С відповідно.

рН-електроди

рН-електроди – це не ідеальні системи. Вони можуть мати різну довжину, недосконалу геометричну форму, порушення у складі внутрішнього електроліту тощо. Усе це впливає їх характеристики і, водночас, це цілком нормально, оскільки у будь-якому виробництві існують певні допуски. Тому кожен рН-метр потребує калібрування, яке допомагає приладу встановити співвідношення між сигналом від електрода та значенням рН у розчині. Сучасні рН-електроди зазвичай комбіновані, тобто. в одному корпусі знаходяться і рН-електрод, і порівняння електрод. Крім зручності у роботі, це забезпечує швидший відгук та знижує сумарну помилку.

Випускається безліч модифікацій рН-електродів. За матеріалом робочої мембрани серійні рН-електроди поділяються на скляні, металоксидні та плівкові з ПВХ-мембраною.Металоксидні та плівкові електроди мають обмежену сферу застосування, т.к. програють скляним за всіма основними параметрами. Найбільшого поширення набули скляні рН-електроди. Слід підкреслити, що назва "скляний електрод" вказує лише на матеріал робочої мембрани, корпус електрода може бути пластмасовий.

Як розшифрувати назву електрода вітчизняного виробництва:

ЕС - електрод скляний вимірювальний

ЕСК - електрод скляний комбінований (об'єднують в одному корпусі вимірювальний електрод та електрод порівняння)

ЕСр - електрод порівняння

Для електродів ЕС та ЕСК

10601/7 - марка електрода / значення ізопотенційної точки (7 або 4, 7 - у більшості сучасних російських та імпортних приладів, 4 - в основному у білоруських приладів)

До 80.3 - марка роз'єму (К - кабель, 80 - довжина 80 см, 3 - роз'єм типу «банан» для підключення до гомельських приладів типу ЕВ-74, І-130)

До 80.7 - кабель довжиною 80 см з роз'ємом BNC для підключення до більшості сучасних російських та імпортних приладів, наприклад, рН-150МІ, І-160, АНІОН-7000, МАРК-901, АНІОН-4100, Експерт рН, рН-410, ІТАН, pH-метр HANNA HI83141.

Для електродів ЕСр

10103/3,5 - марка електрода / концентрація розчину KCl в електроді.

Як підготувати скляний електрод до роботи?

Новий рН-метр або новий електрод витягніть з упаковки та переконайтеся у відсутності механічних пошкоджень електрода та з'єднувального кабелю.

Якщо Ви використовуєте електрод, що заповнюється, необхідно заповнити електрод електролітом з флакона, що входить в комплект поставки, до рівня заливного отвору.

Використовувати електрод після заповнення електролітом можна не раніше ніж через 8 год.Цей час необхідний для того, щоб робоча речовина вбудованого електрода порівняння та пориста кераміка електролітичного ключа просочилися розчином.

Рекомендується раз на 4-6 місяців повністю замінювати електроліт в електроді свіжим розчином 3М KCl.

Між вимірами електрод рекомендується зберігати у 3М розчині KCl.

Зняти захисний ковпачок і помістити робочу мембрану (кульку) електрода в розчин HCl концентрацією 0,1 моль/л і витримати в ньому не менше 8 год. Також у захисному ковпачку може бути залитий розчин, що кондиціонує.

Перед початком вимірювань слід переконатися у відсутності повітряних бульбашок усередині робочої мембрани (кульки) електрода. При необхідності видалити їх струшування (як струшують медичний термометр), при цьому бульбашки повинні переміститися у верхню частину електрода.

Перед початком вимірювань слід зняти захисний ковпачок та відкрити заливний отвір. Глибина занурення електрода в розчин при вимірі pH має бути не менше 16 мм.

Рівень електроліту в електроді повинен підтримуватися в межах показаних на рис. 1. При необхідності електроліт слід доливати в електрод через заливний отвір.

При вимірюваннях рівень електроліту в електроді повинен бути вищим за рівень аналізованого розчину.

Якщо в процесі експлуатації відбулося порушення витікання електроліту з електрода внаслідок засмічення пористої кераміки електролітичного ключа, рекомендується виконати такі дії:

а) відкрити заливний отвір, взяти гумову грушу, приставити носик груші до отвору для заливки і, натискаючи на грушу, створити всередині електрода надлишковий тиск;

б) або помістити електрод у дистильовану воду (робоча мембрана електрода при цьому не повинна торкатися дна склянки) і нагріти до кипіння, витримати протягом 5-10 хв і дати охолонути природним чином.

Умови зберігання та використання рН-електроду.

Під час транспортування всередині скляної кульки рН-електроду можуть утворюватись дрібні бульбашки повітря. Бульбашки можна видалити струшуванням електрода.

Якщо захисний ковпачок був сухим або електрод тривалий час не використовувався, в даному випадку необхідно помістити електрод на кілька годин у посудину з розчином для зберігання електродів (HI 70300 L) або буферний розчин з рН 7,01 (HI 7007 L)

Якщо на тривалий час залишити кульку електрода на повітрі, починається процес дегідратації. У цьому випадку показання встановлюються дуже довго та стають вкрай нестабільними. Залишіть електрод на ніч зануреним у розчин для зберігання (HI 70300 L) або в буферний розчин з рН 7,01 (HI 7007 L).

Нальоти солі, що виявляються на поверхні чутливої ​​кульки або в місці з'єднання з електродом порівняння, викликають перешкоди в роботі електрода. Сполосніть електрод деіонізованою водою і зануріть приблизно на 30 хвилин в 0,1 М розчин HCl (HI 7061 L).

Плівка органічної олії або жиру на чутливій кульці електрода також призводить до втрати чутливості. Щоб видалити плівку, промийте кульку електрода розчином для очищення масел ( HI 7077 L ), витріть насухо м'якою тканиною, ретельно промийте електрод у дистильованій воді і зануріть на кілька годин у розчин для зберігання HI 70300 L або в буферний розчин з рН 7 HI 7007 L).

Залишки білків (що виникають після вимірювань у молоці, сирі, м'ясі тощо) можна видалити обробкою скляної кульки електрода розчином пепсину та соляної кислоти (HI 7073 L). Зануріть електрод у цей розчин на кілька годин, потім ретельно сполосніть його деіонізованою водою, а потім на кілька годин зануріть у буферний розчин з рН 7,01 (HI 7007L).

Для того, щоб зберегти характеристики електрода в незмінному вигляді (особливо це стосується швидкості вимірювання), він повинен залишатися у вологому стані. Найбільш підходящим для цього є розчин для зберігання електродів (HI 70300L).

Ніколи не зберігайте електроди в дистильованій або деіонізованій воді.

Як правильно калібрувати рН-метр?

Ізоелектрична точка для рН-електродів знаходиться на рН = 7 (0 мВ). Тому в першу чергу прилад слід калібрувати по буферу з нейтральним рН (наприклад, 6,86 або 7,01). Другу точку слід вибирати з відривом приблизно 3 одиниці рН, тобто. рН=4 або 10. Якщо прилад калібрується лише за двома буферами, то вибір другої точки залежить від діапазону, в якому Ви переважно працюєте. Якщо це лужні розчини, то скористайтесь буфером із рН=9,18, якщо кислі — з рН=4,01. Це пов'язано з деякою різницею в нахилах прямих калібрувальних в кислій і лужній області. Проблем не виникне, якщо Ваш прилад може калібруватися за трьома і більше точками. У цьому випадку порядок калібрування не важливий, тому що рН-метр самостійно відстежує його.

Буферні розчини для калібрування рН-метрів.

Для калібрування рН-метрів необхідні буферні розчини, які є спеціалізованими водними розчинами зі стандартизованим значенням концентрації (активності) іонів водню (рН) на основі солей багатоосновних кислот.НВ-Лаб пропонує розчини для калібрування власного виробництва із рН 1,65; 3,56; 4,01; 6,86; 9,18; 12,43.

Буферні розчини мають бути захищені від доступу вуглекислого газу повітря, тобто. вони повинні зберігатися в щільно закритому скляному або пластмасовому (фторопластовому, поліпропіленовому і т.д.) посуді при температурі не вище 25°С.

Усі буферні розчини повинні бути захищені від потрапляння прямих сонячних променів для запобігання фотохімічній деструкції. Їх слід зберігати в затемненому (бажано прохолодному) місці, накривши судини та пробірки непрозорим матеріалом, наприклад, темною бавовняною тканиною.

Вибираємо pH-метр. Покрокова інструкція. Крок 2. Вимірювальний pH електрод

Як вибрати pH-метр саме під ваші потреби? У циклі із 3 статей «Вибираємо pH-метр. Покрокова інструкція» ми даємо покрокову інструкцію ‒ короткий алгоритм дій щодо вибору pH-метра для вимірювання кислотності води, розчинів або інших речовин.

Стаття 2 ‒ Вибираємо pH-метр. Покрокова інструкція. Крок 2. Вимірювальний pH електрод.

Крок 2. Вимірювальний pH електрод – основний критерій під час виборів.

Хороший електрод – основа якісного та точного pH-метра. Потрібно точно знати, навіщо вам pH-метр (простіше кажучи, ph чого саме ви збираєтеся визначати – води, молока, м'яса, сиру, ґрунту тощо.), в яких умовах ви вимірюватимете (агресивне середовище або прості водні розчини), а також наскільки ви готові приділяти увагу технічному обслуговуванню електрода тощо.

На що слід звернути увагу при виборі pH-електроду?

99% вимірювальних електродів є комбінованими. Не вдаючись у технічні подробиці, відзначимо, що вимірювальний електрод та електрод порівняння знаходяться в одному корпусі.А раніше, років 20-30 тому, ці електроди приєднувалися до pH-метра окремо. Тому фразу "комбінований pH-електрод" ви можете розглядати як синонім "ph-електрод". Всі сучасні pH-метри (навіть китайські з AliExpress) оснащені саме комбінованими pH-електродами.

Кожен pH електрод має свій термін служби. Хороший pH електрод від відомих брендів прослужить щонайменше 8–12 місяців (за іншими даними – до 1000 годин роботи). Це мінімальні значення для недорогих (але не дешевих!). На практиці часто електроди від хороших виробників, наприклад HORIBA, XS, EZODO, при правильному використанні, а головне, зберіганні можуть служити набагато довше.

pH-електрод може мати різну форму вимірювальної частини. Саме форма pH-електроду визначає його спеціалізацію.

Найбільш поширені форми pH-електроду:

1. Класична («куля») – стандартна форма для використання при вимірі pH води та інших розчинів.

1. Гострий (проникаючий) pH-електрод. Призначений для вимірювання в'язких та м'яких зразків (наприклад, для вимірювання pH вологого ґрунту, сиру тощо). У той самий час їм можна визначати і pH рідин.

1. pH електрод із плоским вимірювальним склом («плоский pH електрод»). Досить універсальний вид pH електродів, який притискається до вимірюваного зразка своєю поверхнею. Звідси кілька його переваг: для вимірювання необхідна невелика кількість речовини (часто ці електроди використовують для визначення pH біологічних зразків - крові, слини і т.д.), його просто чистити (такі електроди використовують і як альтернативу гострим при вимірюванні pH грунту), також можна використовувати для вимірювання специфічних зразків (наприклад, шкіри або паперу). У той же час цей електрод так само ефективно вимірює pH води та рідин.

pH-метр оснащений pH електродом з плоским вимірювальним склом – універсальний прилад. Їм можна визначити pH практично будь-якої речовини.

Є ще кілька різновидів спеціалізованих електродів. Наприклад, це спеціальні гострі електроди з ножем для м'яса, суспензій, мікрозразків тощо).

Матеріал корпусу pH-електроду, гелевий або рідкий електроліт, можливість перезаповнення.

Зазвичай корпус pH-електроду виконаний зі скла чи пластику.

pH-електрод може бути або заповнений спеціальним рідким електролітом і мати можливість бути перезаповненим ним, або бути заповнений гелем і не мати можливості бути перезаповненим. У першому випадку ви чи спеціалісти спеціалізованого сервісного центру можете провести технічне обслуговування електрода, відновити його, почистити, продовжити час експлуатації. Обслуговування гелевих pH-електродів, як правило, зводиться до можливості помити їх ззовні. Крім того, гелеві електроди, як показує досвід, мають повільніший відгук, ніж скляні.

Отже, гелевий електрод міряє повільніше та має обмежені можливості для технічного обслуговування. Якщо електроліт рідкий, pH-електрод має найкращий відгук та більші можливості для технічного обслуговування (читай – продовження терміну служби).

Наприклад. Ви забули накрутити захисний ковпачок на електрод. Пройшов деякий час, електроліт частково витек чи випарувався і перестав працювати. Якщо гелевий електрод, то нічого зробити не можна, потрібно купувати новий електрод.Якщо ж електроліт рідкий і є можливість перезаповнення, то ви просто доливаєте електроліт (або змінюєте його), прогріваєте електрод у теплій воді або теплому розчині для зберігання для розчинення кристалів, які забили електролітний ключ, і продовжуєте користуватися.

Звісно, електроди з рідким електролітом та можливістю перезаповнення, як правило, дорожчі, ніж гелеві.

Матеріал, з якого виконано pH-електрод може бути або з якогось полімеру (наприклад, пластику) або скляним. Полімерні електродиЯк правило, набагато важче розбити, але оскільки в 90% випадків вони ще й гелеві, то мають гірший відгук, ніж скляні. Скляні електроди, як правило, можуть бути перезалиті електролітом, мають дуже хороший відгук та стабільність показань. Але їх легко розбити. Скляні електроди використовують у лабораторіях, а пластикові – у польових чи виробничих умовах. При виборі матеріалу, з якого виготовлений pH-електрод, майте на увазі, що скляний корпус витримує високі температури (пластик зазвичай не рекомендується занурювати в рідини з температурою вище 60 ° С), а також агресивніші речовини (наприклад, дуже кислі).

Рознімання для підключення pH електрода до приладу

pH-електрод повинен підключатися до pH-метра за допомогою гнізда. У разі ручних pH-метрів цей роз'єм у кожного виробника свій. Якщо ви придбали ручний (кишеньковий) pH-метр, то, по-перше, у нього взагалі може бути можливості заміни електрода. Вийшов з ладу електрод - купуй новий прилад. А якщо навіть така можливість і є, то ви прив'язані до цього виробника та його цінової політики.

Рекомендуємо уточнити у продавця вартість та наявність (або термін постачання) запасних pH-електродів ще до моменту придбання пристрою.

Що стосується портативних і лабораторних pH-метрів з виносними електродами, деякі виробники комплектують свої прилади специфічними роз'ємами, до яких неможливо підключити електрод іншого виробника. Тому рекомендуємо завжди купувати прилади з універсальним роз'ємом BNC (На фото нижче). У такому разі до приладу можна буде підключити широку номенклатуру pH-електродів різних виробників.

Деякі професійні pH-електроди зазвичай від відомих брендів мають роз'єм S7. Він також досить поширений. У такому випадку вам знадобиться спеціальний перехідник S7-BNC для підключення електрода до приладу з входом BNC.

Деякі pH-електроди мають вбудований термодатчик для реалізації функції АТК (автоматична температурна компенсація). Відповідно, у вас буде два роз'єми на кінці дроту електрода – один безпосередньо для pH, наприклад, BNC, а інший – спеціальний (як правило, у кожного виробника він свій) під термодатчик.

З часом такий електрод може вийти з ладу, і вам доведеться купувати такий, якщо ви хочете зберегти функцію АТК. Або ви можете придбати окремо термощуп, який повинен мати такий же роз'єм, а головне тип термодатчика (наприклад, термістор або TP100, або TP1000, термопара і т.д.). Третій варіант – виставляти температуру виміру вручну (якщо прошивка приладу дозволяє це зробити).

Зверніть увагу! Деякі портативні та лабораторні прилади мають окремий термощуп (наприклад, EZODO MP-103), а деякі (наприклад, лабораторний pH метр XS VioLab PH 50) мають опціональний термощуп, якщо ви хочете замінити стандартний pH-електрод на свій, специфічний.

Зберігайте рН-електрод правильно!

Усі pH-електроди, незалежно від того, дорогі вони або дешеві, повинні зберігатися виключно у спеціальному розчині для зберігання pH електродів. Зберігати електроди насухо або у звичайній воді заборонено. Виняток становлять pH метри HORIBA LAQUATWIN (Ph11, pH22 та ph33), які зберігаються в сухому вигляді.