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Per misurare il pH correttamente e con accuratezza occorrono strumenti ed elettrodi affidabili. La scelta del sistema più adatto, una corretta manipolazione e manutenzione sono essenziali per ottenere risultati ottimali e prolungare la durata degli strumenti. |
Guida alla misura di pH - Teoria delle applicazioni del pH in laboratorio
Questa guida teorica sul pH descrive in modo chiaro e pratico come misurare il pH in laboratorio e sul campo. Offre diversi consigli e suggerimenti sugli aspetti più importanti della misura del pH, oltre a descrizioni teoriche complete delle misure di acidità e alcalinità. Inoltre illustra le diverse tipologie di sensori di pH disponibili e i criteri per la scelta dell'elettrodo appropriato
per uno specifico campione.
Sommario:
- Introduzione al pH.
- Scelta e manipolazione dell'elettrodo
- Guida alla risoluzione dei problemi per le misure di pH
- Teoria completa del pH
Anteprima della Guida teorica sul pH:
1. Introduzione al pH
Perché consideriamo acido un liquido comune come l'aceto? Il motivo è che l'aceto contiene un eccesso di ioni idronio (H3O+) che rende acida la soluzione. Per contro, un eccesso di ioni ossidrile (OH–) può rendere una soluzione basica o alcalina. In acqua pura, gli ioni idronio vengono tutti neutralizzati dagli ioni ossidrile e il valore di questa soluzione è quello che viene definito come pH neutro.
H3O+ + OH– ↔ 2 H2O
Figura 1.
La reazione di un acido e una base dà luogo alla formazione di acqua. Se le molecole di una sostanza rilasciano ioni o protoni di idrogeno attraverso la dissociazione, la sostanza prende il nome di acido e la soluzione diventa acida. Alcuni degli acidi più noti sono l'acido cloridrico, l'acido solforico e l'acido acetico o aceto. Di seguito è illustrata la dissociazione dell'aceto:
CH3COOH + H2O ↔ CH3COO– + H3O+
Figura 2. Dissociazione dell'acido acetico.
Non tutti gli acidi hanno la medesima forza. L'esatto livello di acidità è determinato dal numero complessivo di ioni idrogeno presenti nella soluzione. Il valore del pH viene quindi definito come il logaritmo negativo della concentrazione di ioni idrogeno (per la precisione, viene determinato dall'attività degli ioni idrogeno. Consultare il capitolo 4.2 per maggiori informazioni sull'attività degli ioni idrogeno).
pH = –log [H3O+]
Figura 3. La formula per calcolare il valore del pH dalla concentrazione di ioni idronio.
La differenza quantitativa tra sostanze acide e alcaline può essere determinata misurando i valori del pH. Nella figura 4 vengono forniti alcuni esempi di valori del pH di sostanze e prodotti chimici comuni:
... scoprite di più nella Guida teorica sul pH
1.1. Acido o alcalino
1.2. Perché vengono misurati i valori di pH?
1.3. Gli strumenti per la misura del pH
a) L'elettrodo per pH
b) Elettrodi di riferimento
c) Elettrodi combinati
1.4. Guida pratica per misurare correttamente il valore di pH
a) Preparazione del campione
b) Taratura
c) Sensore di pH
d) Accuratezza attesa delle misure
1.5 Guida dettagliata alle misure del pH
2. Scelta e manipolazione dell'elettrodo
Per ottenere misure ottimali del pH, è necessario innanzitutto scegliere l'elettrodo appropriato.
I criteri di scelta del campione più importanti da considerare sono: composizione chimica, omogeneità, temperatura, intervallo di pH e dimensione del recipiente (restrizioni di lunghezza e larghezza). La scelta diventa particolarmente importante per i campioni non acquosi, a bassa conducibilità, ricchi di proteine e viscosi poiché, in presenza di tali campioni, gli elettrodi in vetro per uso universale sono soggetti a varie fonti di errore.
Il tempo di risposta e l'accuratezza di un elettrodo dipendono da diversi fattori. Le misure effettuate a temperature e valori di pH estremi o a bassa conducibilità possono richiedere più tempo rispetto a quello impiegato per le soluzioni acquose a temperatura ambiente con pH neutro.
L'importanza delle diverse tipologie di campioni viene spiegata di seguito prendendo come punto di partenza le diverse caratteristiche degli elettrodi. Ricordiamo che in questo capitolo vengono considerati principalmente gli elettrodi per pH combinati.
a) Diaframmi in ceramica
L'apertura che il componente di riferimento di un elettrodo per pH presenta per mantenere
il contatto con il campione può avere diverse forme. Tali
forme si sono evolute nel tempo in base alle diverse esigenze
e ai diversi campioni. Il diaframma "standard"
è quello più semplice ed è noto come diaframma in ceramica. È composto
da un pezzo di ceramica porosa inserito nello shaft di vetro
dell'elettrodo. Questo materiale ceramico poroso permette all'elettrolita
di defluire lentamente dall'elettrodo, impedendogli tuttavia di fuoriuscire liberamente.
Questo tipo di diaframma è particolarmente adatto alle misure standard in soluzioni
acquose; ; un esempio di questo elettrodo è rappresentato dall'InLab® RoutinePro
METTLER TOLEDO. Nella figura 14 è illustrata una rappresentazione schematica
del principio di questo diaframma.
.. scoprite di più nella Guida teorica sul pH
2.1. Diverse tipologie di diaframma
a) Diaframmi in ceramica
b) Diaframmi smerigliati/in vetro smerigliato
c) Diaframmi aperti
2.2. Sistemi ed elettroliti di riferimento
2.3. Tipi di membrane in vetro e forme di membrane
2.4. Elettrodi per pH per applicazioni specifiche
Campioni semplici
Campioni sporchi
Emulsioni
Campioni semisolidi o solidi
Campioni piatti e molto piccoli
Campioni piccoli e contenitori per campioni complessi
InLab®Power (Pro)
2.5. Manutenzione degli elettrodi
2.6. Conservazione degli elettrodi
Conservazione a breve termine
Conservazione a lungo termine
Sensori di temperatura
2.7. Pulizia degli elettrodi
Ostruzione con solfuro d'argento (Ag2S)
Ostruzione con cloruro d'argento (AgCl)
Ostruzione con proteine
Altre ostruzioni del diaframma
2.8. Rigenerazione e vita utile degli elettrodi
2.9. Ulteriori informazioni
3.Guida alla risoluzione dei problemi per le misure di pH
I problemi che sorgono durante le misure del pH possono avere diverse origini. il misuratore, il cavo, l'elettrodo, la soluzione tampone, la temperatura ed il campione (applicazione). È particolarmente importante prendere nota di eventuali problemi poiché possono aiutare ad individuare l'origine di un guasto. La seguente tabella fornisce una panoramica delle cause principali:
Letture troppo alte/basse o fuori scala “---”
- Controllare il misuratore, il cavo e l'elettrodo, la procedura di taratura e la temperatura del campione
Il valore non cambia
- Controllare il misuratore, il cavo e l'elettrodo
Tempo di risposta lento
- Controllare l'elettrodo e il campione/l'applicazione
Offset elevato dopo la taratura
- Controllare l'elettrodo, le soluzioni tampone e la procedura di taratura
Bassa pendenza dopo la taratura
- Controllare l'elettrodo, le soluzioni tampone e la procedura di taratura
Errore di taratura
- Controllare il misuratore, il cavo, l'elettrodo, le soluzioni tampone e la procedura di taratura
Variazioni nei valori di misura
- Controllare l'elettrodo e il campione/l'applicazione
... scoprite di più nella Guida teorica sul pH
3.1. Verificare il misuratore e il cavo
3.2. Verificare la temperatura del campione e l'applicazione
3.3. Verificare i tamponi e la procedura di taratura
Consigli per l'uso delle soluzioni tampone
3.4. Verificare l'elettrodo
4. Teoria completa del pH
Nelle sezioni precedenti sono stati discussi gli aspetti pratici della misura del pH. Questo capitolo tratta principalmente la base teorica delle misure del pH ed è pensato per i lettori che desiderano
approfondire la teoria sul pH.
Innanzitutto, viene sviluppata la teoria di base del pH, quindi passeremo ad analizzare la teoria dei sensori per poi trattare infine alcuni argomenti speciali.
4.1. Definizione del valore di pH
Secondo Sørenson, il pH viene definito come il logaritmo negativo della concentrazione di ioni H3O+:
pH = –log [H3O+]
Dall'equazione è possibile notare che se la concentrazione di ioni H3O+ cambia di una decade, il valore del pH varia di un'unità. Questo illustra esattamente l'importanza della possibilità di misurare anche le variazioni più piccole nel valore del pH di un campione.
Spesso, la teoria del pH viene descritta con gli ioni H+ in connessione con i valori del pH, sebbene lo ione corretto al quale fare riferimento sia lo ione idronio (od ossonio, secondo la denominazione ufficiale fornita dalla IUPAC,) (H3O+):
H+ + H2O ↔ H3O+
Non sono soltanto gli acidi e le basi a mostrare comportamenti dissociativi per formare ioni idronio o ioni idrossido, ma anche l'acqua pura:
2 H2O ↔ H3O+ + OH–
... scoprite di più nella Guida teorica sul pH
4.1. Definizione del valore di pH
4.2. Correlazione tra concentrazione e attività
4.3. Soluzioni tampone
Capacità del tampone (ß)
Valore di diluizione (ΔpH)
Effetto della temperatura (ΔpH/ΔT)
4.4. La catena di misura nella configurazione della misura di pH
Elettrodo per pH
Elettrodo di riferimento
4.5. Taratura/regolazione della configurazione della misura di pH
4.6. L'influenza della temperatura sulle misure del pH
Dipendenza dalla temperatura dell'elettrodo
Intersezione isotermica
Altri fenomeni legati alla temperatura
Dipendenza dalla temperatura del campione misurato
4.7. Fenomeni associati a speciali soluzioni di misura
Errore alcalino
Errore acido
Reazioni con l'elettrolita di riferimento
Mezzi organici
