pHセンサの製造方法
メトラー・トレドでは、pHセンサやその他の分析機器の製造において、スイスの伝統的なクラフトマンシップを守り、現在はデジタル技術と融合させています。このビデオでは、スイスのウルドルフにある当社の製造工場で、インテリジェントセンサマネジメント（ISM）pH電極をどのように製造しているかをご紹介します。
pHセンサ
ラボ用pH電極・プロセス用pH計
pH センサは、溶液のアルカリ性または酸性を測定します。メトラー・トレドは、ラボ用pHセンサとして、卓上型メータや、電極、プロセス制御用センサとして、堅牢なpH計やフィールドでの使用に適したポータブルpHメータなど、製薬、化学、食品・飲料、エネルギー、半導体産業向けにさまざまな形式のセンサを展開しています。すべてのアプリケーション要件を満たす適切なセンサをご用意しています。
正しいpHセンサの選び方
最適なpH測定のためには、適切なpHセンサが最も重要です。考慮すべき最も重要なサンプル基準は以下のとおりです。
- 化学組成
- 均質性
- 温度
- pHの範囲
- 容器のサイズ（長さと幅の制限）
- また、プロセスアプリケーションの場合：プロセス圧力
特定のサンプルについては、適切なpHセンサを選択することが特に重要です。液体が非水溶性、低伝導率、高いタンパク質含有量、または高粘度の場合、汎用のpHセンサでは測定誤差が生じやすくなります。
pHセンサの応答時間と精度は、多くの要因に左右されます。極端な pH 値や温度、または低伝導率のサンプルでの測定は、室温で中性pH、高伝導率の水溶性サンプルの測定よりも時間がかかる場合があります。
メトラー・トレドのpHセンサのメリット
信頼できる結果
センサの測定値は、高速で正確、かつ再現性がなければなりません。高品質の材料と、特定の比較電極システムなどの信頼できる技術の組み合わせにより、当社のpHセンサはお客様のアプリケーションの要件を満たすよう最適化されています。
耐久性に優れたセンサ
当社のpHセンサは、高性能を保証するだけでなく、材料と技術の適切な組み合わせにより、耐久性を高め、製品寿命を延ばすことができます。過酷な環境下でも長寿命を実現する特殊なシャフト材を提供しています。
利便性が高い
当社のインテリジェントセンサマネジメント（ISM）技術により、pHセンサは独自の校正データを保存し、設置時に自動的に認識されます。さらに、インラインpH計は、センサのメンテナンスや交換が必要な時期を予測する高度な診断機能を備えています。
長い伝統に裏打ちされた精密さ
1948年以来、メトラー・トレドは、実験室や現場で使用される高品質のソリューションを提供するために、深い専門知識を蓄積してきました。メトラー・トレドは、インゴールド博士によって発明された複合ガラスpH電極で最初の成功を収めました。その革新的なデザインは、今日に至るまで世界のpH測定方法を簡素化し続けてきました。
FAQs
pHセンサとは何ですか？
pHセンサは、pH電極、pHメータ、 pH計 など使用環境によってさまざまな呼び名がある、溶液のアルカリ性や酸性度を測定するための重要なツールです。先端のガラス膜は、H+イオンに感応します。さらに、当社のpHセンサの多くは、酸化還元測定も可能です。
pHセンサの仕組みは？
ガラス膜の外側は水溶液に触れるとゲル層が形成されます。また、センサ内には電解質水溶液が満たされているため、ガラス膜の内側にも同様のゲル層が形成されます。ゲル層とその周辺のH+イオンは、pH値によってこの層に拡散したり、この層から外れたりします。こうして、溶液のH+イオン濃度が測定されます。溶液がアルカリ性であれば、H+イオンがこの層から拡散し、膜の外側に負の電荷が生じます。ガラス電極の内部にはpH値の一定した緩衝材があるため、測定中も膜内側の電位は一定に保たれます。したがって、pHセンサの電位は、膜の内側と外側の電荷の差になります。
pHセンサでpHを測定する際に、なぜ比較電極が必要なのですか？
比較電極の目的は、pHセンサの電位が測定される際に、定義された安定した基準電位を提供することです。これを実現するために、比較電極は、溶液中のH+イオンに対して感度のないガラスで作られている必要があります。また、浸漬される試料環境に対して開放されていなければなりません。そのため、比較電極のシャフトに開口部または接合部を設け、そこから内部の溶液または比較電解液がサンプルに流出できるようにします。正しい測定のためには、比較電極とpHセンサ（ハーフセル）は同じ溶液に浸かっていなければなりません。
pHを測定する際にどの比較電極を使用すればよいですか？
比較電極にには銀/塩化銀系、ヨウ素/ヨウ化物系、水銀/カロメル系などいくつかの種類があり、また、いくつかの適応もあります。しかし、現代のpH測定では、ほとんど常に銀/塩化銀系が使用されています。この参照系の電位は、参照電解質と塩化銀の参照元素によって定義されます。基準電解質はイオン濃度が高く、電気抵抗が低いことが重要です。
複合型pHセンサとは何ですか？
複合型センサでは、pHセンサ（ガラスセンサ）と参照センサが、2つの同心円状のチューブ／チャンバーの形で構成されています。pH電極は参照電極を包んでおり、それらはセラミック接合部を介して互いに接続されています。これら2つの電極は、組み合わされてはいるものの、別々に機能します。唯一の違いは、2つのセンサを使用するよりも、1つのセンサのみ使用する方が取り扱いが容易であることです。
また、ガラス電極、比較電極と同じ本体に、温度センサを内蔵し、温度を補正した測定も可能です。このような電極を3-in-1電極と呼びます。
pHセンサの正しい保管方法とは？
すべてのユーザーマニュアルには、pHセンサの短期および長期の保管に関する必要な情報が記載されています。
- 日常的にすること：短期および長期の保管の両方において、基準電解液に浸してください。これにより、必要なときにすぐにpHセンサを使用することができ、短い応答時間を保証します。
- 時々すること：膜の水分を保つために、測定の間にpH4と7の緩衝液に浸しておきます。
- 絶対にしてはいけないこと：多くのイオンが含まれる比較電解液を消耗するため、脱イオン水は使用しないでください。また、膜を損傷し、pHセンサの応答時間が長くなる原因となるので、電極を乾燥させて保管しないでください。長期間乾燥保管した場合、多くのpHセンサは、最適な測定結果を得るために、設置前に数時間浸漬して再活性化する必要があります。これらの対策が十分でない場合、センサを特殊な再活性化溶液で処理し、その後基準電解液で調整することにより、機能させることができます。
pHセンサの寿命はどのくらいですか？
pHセンサを推奨通りに使用、保管した場合、期待される寿命は1～3年です。しかし、いくつかの要因でpHセンサの寿命が短くなることがあります。その1つは、高温または強いアルカリ性の試料の測定に使用することです。その他の要因としては、不適切な保管による機械的な損傷が考えられます。また、高温での保管や凍結などにより、保管溶液が乾燥したり、漏れたりすると、電極の寿命が著しく短くなることがあります。
pHセンサの交換時期はどのように判断すればよいですか？
校正の傾きとオフセットは、pHセンサの品質を示す良い指標です。これらの値がある限界値を超えると、pH電極は使い切ったと見なすことができます。勾配の下限と上限は85％と105％、オフセットは-35mVと35mVです。また、pH校正液の信号が不安定であったり、応答時間が非常に長い場合は、pHセンサの劣化が進行していることを示しますので、ご注意ください。これらの現象は、不規則な傾きやオフセットと関連していることが多いです。
当社のインライン・デジタルセンサのいくつかは、センサを交換しなければならない時期を示す予測診断機能も備えています。