پی اچ متر (ph متر)

PH متر چیست

یک ابزار علمی است که فعالیت یون هیدروژن را در محلول های مبتنی بر آب اندازه گیری می کند و اسیدیته یا قلیایی بودن آن را به صورت pH نشان می دهد.  PH متر اختلاف پتانسیل الکتریکی بین یک الکترود pH و یک الکترود مرجع را اندازه گیری می کند، بنابراین PH متر گاهی اوقات به عنوان “PH متر پتانسیومتری” نامیده می شود. تفاوت پتانسیل الکتریکی به اسیدیته یا pH محلول مربوط می شود.  pH متر در بسیاری از کاربردها از آزمایش های آزمایشگاهی گرفته تا کنترل کیفیت استفاده می شود .

کاربرد  phمتر

سرعت و نتیجه واکنش های شیمیایی که در آب انجام می شود اغلب به اسیدیته آب بستگی دارد و بنابراین دانستن اسیدیته آب که معمولاً با استفاده از pH متر اندازه گیری می شود مفید است. دانش pH در بسیاری از موقعیت ها، از جمله آنالیزهای آزمایشگاهی شیمیایی ، مفید یا حیاتی است. PH متر برای اندازه گیری خاک در کشاورزی ، کیفیت آب برای منابع آب شهری ، استخرهای شنا ، اصلاح محیط زیست استفاده می شود . دم کردن شراب یا آبجو؛ تولید ، مراقبت های بهداشتی و کاربردهای بالینی مانند شیمی خون; و بسیاری از برنامه های کاربردی دیگر.
پیشرفت‌ها در ابزار دقیق و تشخیص ، تعداد کاربردهایی را که می‌توان در آن اندازه‌گیری pH انجام داد، افزایش داده است. این دستگاه ها کوچک شده اند و امکان اندازه گیری مستقیم pH داخل سلول های زنده را فراهم می کنند .  علاوه بر اندازه گیری pH مایعات، الکترودهای طراحی شده ویژه برای اندازه گیری pH مواد نیمه جامد، مانند غذاها، در دسترس هستند. اینها دارای نوک مناسب برای سوراخ کردن مواد نیمه جامد، دارای مواد الکترود سازگار با مواد موجود در مواد غذایی و مقاوم در برابر گرفتگی هستند.

طراحی و استفاده

PH سنج پتانسیومتری ولتاژ بین دو الکترود را اندازه گیری می کند و نتیجه تبدیل شده به مقدار pH مربوطه را نمایش می دهد. آنها شامل یک تقویت کننده الکترونیکی ساده و یک جفت الکترود، یا در عوض یک الکترود ترکیبی، و نوعی صفحه نمایش کالیبره شده در واحدهای pH هستند. معمولاً دارای یک الکترود شیشه ای و یک الکترود مرجع یا یک الکترود ترکیبی است. الکترودها یا پروب ها در محلول مورد آزمایش قرار می گیرند.
طراحی الکترودها بخش کلیدی است: اینها ساختارهای میله مانندی هستند که معمولاً از شیشه ساخته می شوند و یک لامپ حاوی حسگر در پایین هستند. الکترود شیشه‌ای برای اندازه‌گیری pH دارای یک لامپ شیشه‌ای است که به طور خاص برای انتخاب غلظت یون هیدروژن طراحی شده است. با غوطه ور شدن در محلول مورد آزمایش، یون های هیدروژن موجود در محلول آزمایشی با یون های بار مثبت دیگر روی حباب شیشه ای مبادله می کنند و یک پتانسیل الکتروشیمیایی در سراسر لامپ ایجاد می کنند. تقویت کننده الکترونیکی تفاوت پتانسیل الکتریکی بین دو الکترود تولید شده در اندازه گیری را تشخیص می دهد و اختلاف پتانسیل را به واحدهای pH تبدیل می کند. مقدار پتانسیل الکتروشیمیایی در سراسر حباب شیشه ای به صورت خطی با pH مطابق با معادله نرنست مرتبط است .
الکترود مرجع نسبت به pH محلول حساس نیست و از یک هادی فلزی تشکیل شده است که به صفحه نمایش متصل می شود. این هادی در یک محلول الکترولیت، معمولاً کلرید پتاسیم، غوطه ور می شود که از طریق یک غشای سرامیکی متخلخل با محلول آزمایش در تماس است.  نمایشگر از یک ولت متر تشکیل شده است که ولتاژ را بر حسب واحد pH نمایش می دهد.
با غوطه ور شدن الکترود شیشه ای و الکترود مرجع در محلول آزمایش، یک مدار الکتریکی تکمیل می شود که در آن اختلاف پتانسیل ایجاد شده و توسط ولت متر تشخیص داده می شود. مدار را می توان به عنوان حرکت از عنصر رسانای الکترود مرجع به محلول کلرید پتاسیم اطراف، از طریق غشای سرامیکی به محلول آزمایشی، شیشه انتخابی یون هیدروژن الکترود شیشه، به محلول داخل الکترود شیشه ای، به نقره الکترود شیشه ای و در نهایت ولت متر دستگاه نمایشگر. ولتاژ از محلول آزمایشی به محلول آزمایشی دیگر بسته به اختلاف پتانسیل ایجاد شده توسط اختلاف غلظت یون هیدروژن در هر طرف غشای شیشه ای بین محلول آزمایش و محلول داخل الکترود شیشه ای متفاوت است. تمام تفاوت های پتانسیل دیگر در مدار با pH تغییر نمی کند و با استفاده از کالیبراسیون اصلاح می شود.
برای سادگی، بسیاری از PH مترها از یک پروب ترکیبی استفاده می کنند که با الکترود شیشه ای و الکترود مرجع موجود در یک پروب ساخته شده است. شرح مفصلی از الکترودهای ترکیبی در مقاله الکترودهای شیشه ای ارائه شده است .
pH متر با محلول هایی با pH شناخته شده، معمولاً قبل از هر بار استفاده، کالیبره می شود تا از دقت اندازه گیری اطمینان حاصل شود. برای اندازه‌گیری pH یک محلول، از الکترودها به عنوان پروب استفاده می‌شود که در محلول‌های آزمایش فرو رفته و به اندازه کافی در آنجا نگه داشته می‌شوند تا یون‌های هیدروژن موجود در محلول آزمایش با یون‌های روی سطح لامپ به تعادل برسند. الکترود شیشه ای این تعادل یک اندازه گیری ثابت pH را فراهم می کند. 

طراحی الکترود pH و الکترود مرجع

جزئیات ساخت و ریزساختار حاصل از غشای شیشه ای الکترود pH به عنوان اسرار تجاری توسط سازندگان حفظ می شود. با این حال، جنبه های خاصی از طراحی منتشر شده است. شیشه یک الکترولیت جامد است که یون‌های فلز قلیایی می‌توانند جریان را برای آن حمل کنند. غشای شیشه ای حساس به pH به طور کلی کروی است تا ساخت یک غشاء یکنواخت را ساده کند. این غشاها تا 0.4 میلی متر ضخامت دارند که ضخیم تر از طرح های اصلی هستند تا پروب ها را بادوام کنند. شیشه دارای عملکرد شیمیایی سیلیکات بر روی سطح خود است که محل اتصال یون های فلز قلیایی و یون های هیدروژن از محلول ها را فراهم می کند. این یک ظرفیت تبادل یونی در محدوده ^{10-6 فراهم می کند}به ^{10-8 mol /}  cm2 . انتخاب پذیری برای یون های هیدروژن (H ⁺ ) از تعادل بار یونی، حجم مورد نیاز در مقابل یون های دیگر و تعداد هماهنگی یون های دیگر ناشی می شود. سازندگان الکترود ترکیباتی را توسعه داده اند که به طور مناسب این عوامل را متعادل می کند، به ویژه شیشه لیتیوم.
الکترود کلرید نقره بیشتر به عنوان الکترود مرجع در pH متر استفاده می شود، اگرچه برخی از طرح ها از الکترود کالومل اشباع استفاده می کنند . ساخت الکترود کلرید نقره ساده است و قابلیت تکرار بالا را فراهم می کند . الکترود مرجع معمولاً از یک سیم پلاتین تشکیل شده است که با مخلوط نقره/کلرید نقره در تماس است که در محلول کلرید پتاسیم غوطه ور می شود. یک پلاگین سرامیکی وجود دارد که به عنوان یک تماس با محلول آزمایش عمل می کند و مقاومت کمی را ارائه می دهد و در عین حال از مخلوط شدن دو محلول جلوگیری می کند. با این طرح های الکترود، ولت متر اختلاف پتانسیل ± 1400 میلی ولت را تشخیص می دهد.  الکترودها بیشتر به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به سرعت با محلول‌های آزمایشی تعادل برقرار کنند تا سهولت استفاده را تسهیل کنند . زمان‌های تعادل معمولاً کمتر از یک ثانیه است، اگرچه زمان‌های تعادل با افزایش سن الکترودها افزایش می‌یابد.

نگهداری

به دلیل حساسیت الکترودها به آلاینده ها، تمیزی پروب ها برای دقت و دقت ضروری است . پروب‌ها معمولاً هنگامی که با محیط مناسب برای پروب خاص استفاده نمی‌شوند مرطوب نگه داشته می‌شوند، که معمولاً یک محلول آبی است که از تولیدکنندگان پروب در دسترس است.سازندگان پروب دستورالعمل هایی را برای تمیز کردن و حفظ طرح های پروب خود ارائه می دهند. برای مثال، یکی از سازنده‌های pH درجه آزمایشگاهی دستورالعمل‌های تمیز کردن آلاینده‌های خاص را ارائه می‌دهد: تمیز کردن عمومی (15 دقیقه خیساندن در محلول سفیدکننده و مواد شوینده)، نمک (محلول اسید کلریدریک و سپس هیدروکسید سدیم و آب)، گریس (شوینده یا مواد شوینده). متانول)، اتصال مرجع مسدود شده (محلول KCl)، رسوبات پروتئینی (پپسین و HCl، محلول 1٪)، و حباب های هوا.

کالیبراسیون

انواع ph متر

تاریخچه

ساخت ph متر