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올바르고 정확한 pH 측정은 신뢰할 수 있는 측정기와 전극에 의해 좌우됩니다. 최적의 결과를 얻고 측정기 수명을 연장하기 위해서는 올바른 장비 선택, 취급 및 유지보수가 필수적입니다. |
pH 측정 가이드 - 실험실 pH 어플리케이션의 이론
본 pH 이론 가이드는 실험실 및 현장 환경에서의 pH 측정 방법에 대해 명확하고 실제적인 설명을 제공하는데 초점을 두고 있습니다. 중요한 사항에 대한 수많은 팁과 힌트가 제공되며 전체 측정 설명은 후에 산성 및 알카리성 측정의 이론적 설명으로 보완됩니다. 그 외에도 다양한 종류의 이용 가능한 pH 전극과 특정 샘플에 대한 올바른 전극을 선택하기 위한 선택 기준이
논의됩니다.
목차:
- pH 소개
- 전극 선택 및 취급
- pH 측정을 위한 문제 해결 가이드
- 포괄적인 pH 이론
pH 이론 가이드 미리 보기:
1. pH 소개
당사는 왜 산성이 되는 식초 같은 일상적인 액체를 분류할까요? 그 이유는 식초에 과다 히드로늄 이온이 함유되어 있고(H3O+) 용액 속에서 이러한 과다 히드로늄 이온은 용액을 산성으로 만들기 때문입니다. 다른 한편으로 과다 수산화 이온(OH–)은 염기성 또는 알칼리성 물질을 생성합니다. 순수에서 히드로늄 이온은 수산화 이온에 의해 모두 중성화되고 해당 용액은 중립 pH값에서 당사가 부르는 것입니다.
H3O+ + OH– ↔ 2 H2O
그림 1.
산 및 기본 형태 물의 반응 해리를 통해 물질 분자가 수소 이온 또는 양자를 배포하는 경우 당사는 해당 물질을 산 및 용액이 산성이 된다고 부릅니다. 산 가운데 가장 알려진 것으로는 염산, 황산 및 아세트산 또는 식초가 있습니다. 식초의 해리도는 아래와 같습니다.
CH3COOH + H2O ↔ CH3COO– + H3O+
그림 2. 아세트산 해리
모든 산이 다 강하지는 않습니다. 정확히 산도가 어느 정도인지는 용액에서 수소 이온의 합계로 측정됩니다. pH 값은 수소 이온 농도의 역 로그로서 정의됩니다. (정밀도를 위해, 수소 이온의 활동으로 측정됩니다. 수소 이온의 활동에 대한 더 많은 정보는 4.2장을 참조)
pH = –log [H3O+]
그림 3. 수소 이온의 농도로부터 pH값을 계산하는 공식
산성 및 알칼리성 물질의 정량적 차이는 pH 값 측정을 수행하여 측정될 수 있습니다. 일상 물질 및 화학 물질의 pH 값의 예시가 그림 4에 나타나 있습니다.
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1.1. 산성 또는 알칼리성
1.2. 왜 pH 값을 측정합니까?
1.3. pH 측정 도구
a) pH 전극
b) 기준 전극
c) 복합 전극
1.4. 정확한 pH 측정에 대한 실무 가이드
a) 샘플 준비
b) 보정
c) pH 전극
d) 측정 정확성 예상치
1.5 pH 측정 단계별 가이드
2. 전극 선택 및 취급
최적의 pH 측정을 위해, 올바른 전극이 먼저 선택되어야 합니다.
가장 중요한 고려 대상인 샘플 기준은 화학 구성, 균질성, 온도, pH 범위 및 컨테이너 크기(길이 및 너비 제한)입니다. 다양한 오류 요인의 영향을 받기 쉬운 일반용 유리 전극이 있는 비수용성, 낮은 전도도, 고단백질 및 점성 샘플의 경우 센서 선택이 각별히 중요합니다.
전극의 응답 시간과 정확도는 수많은 요소에 따라 달라집니다. 극 pH값 및 극한 온도 또는 낮은 전도도에서의 측정은 중립 pH값을 가진 실온 내 수용성 용액의 경우보다 시간이 더 걸릴 수 있습니다.
다양한 유형의 샘플의 중요성은 시작점으로서 다양한 전극의 특성을 취하여 아래에 설명됩니다. 다시 한 번 결합 pH 전극이 이번 장에서 논의됩니다.
a) 세라믹 접촉부
샘플과의 접촉을 유지하기 위한 용도로 pH 전극의 기준 부품에 포함되어 있는 개방구로서,
여러 형태를 지니고 있습니다. 이러한
다양한 형태는 다양한 샘플을 측정하는 경우에 전극에 대한 수요 역시 다양하게 발생하기 때문에
시간을 거쳐 진화해 왔습니다. '기준' 접촉부는
가장 단순한 형태 중 하나이며 세라믹 접촉부로 알려져 있습니다. 이 접촉부는
전극의 유리 샤프트를 거쳐 통과되는 세라믹의 다공성 조각으로 구성됩니다.
이 다공성 세라믹 물질은 전해질이 서서히 전극 바깥으로 흐르도록 하면서도
무방비하게 흘러 나가지는 않도록 합니다.
이러한 종류의 접촉부는 수용액의 표준 측정에 적합합니다.
이러한 전극의 한 가지 예로 메틀러 토레도 InLab®Routine Pro를를
들 수 있습니다. 이러한 접촉부의 원리에 대한 기능 도면은 아래
그림 14에서 확인할 수 있습니다.
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2.1. 여러 종류의 접촉부
a) 세라믹 접촉부
b) 슬리브 접촉부/접지 유리 접촉부
c) 개방형 접촉부
2.2. 기준 시스템 및 전해질
2.3. 분리막 유리 및 분리막 유리 형태 유형
2.4. 특정 어플리케이션에 적합한 pH 전극
용이한 샘플
오염된 샘플
에멀젼
반고체 샘플 또는 고체 샘플
납작한 샘플 또는 매우 작은 샘플
작은 샘플 또는 까다로운 샘플 컨테이너
InLab®Power (Pro)
2.5. 전극 유지보수
2.6. 전극 보관
단기 보관
장기 보관
온도 센서
2.7. 전극 세척
황화은(Ag2S)으로 막힘
염화은(AgCl)으로 막힘
단백질로 막힘
기타 접촉부 막힘
2.8. 전극 재생과 수명
2.9. 추가 정보
3.pH 측정을 위한 문제 해결 가이드
pH 측정 동안 발생하는 문제에는 측정기, 케이블 및 전극, 버퍼 용액, 측정 온도 및 샘플(어플리케이션) 등의 다양한 원인이 있을 수 있습니다. 장애의 원인을 두는데 유용한 것으로서 문제의 증상이 고려됩니다. 다음 표가 증상 및 원인의 개요를 제공합니다.
너무 높음/너무 낮음 읽기 또는 저울 이탈 읽기 “---”
- 측정기, 케이블, 전극, 교정 절차 및 샘플 온도
값이 변화하지 않음
- 측정기, 케이블 및 전극 확인
느린 응답 시간
- 전극 및 샘플/어플리케이션 확인
교정 후에 높은 offset
- 전극, 버퍼 용액 및 교정 절차 확인
교정 후 낮은 슬로프
- 전극, 버퍼 용액 및 교정 절차 확인
교정 오류
- 측정기, 케이블, 전극, 버퍼 용액 및 교정 절차 확인
변화하는 측정값
- 전극 및 샘플/어플리케이션 확인
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3.1. 측정기 및 케이블 검사
3.2. 샘플 온도 및 어플리케이션 검사
3.3. 버퍼 및 보정 절차 검사
버퍼 사용 관련 유용한 팁
3.4. 전극 확인
4. 포괄적인 pH 이론
이전 섹션에서 pH 측정의 실제적인 면이 논의됐습니다. 이 챕터에서는 주로 pH 측정의 이론적 배경을 다루며, pH 이론과 관련하여 더욱 기초적인 것을 이해하고자 하는 독자들을 대상으로
합니다.
먼저 기본적인 pH 이론이 개발되고, 우리는 센서 이론에 주목할 것이며 결국에는 몇 가지 특별한 주제가 다루어질 것입니다.
4.1. pH 값의 정의
Sørenson에 따르면 pH는 H3O+ 이온 농도의 역 로그로서 정의됩니다.
pH = –log [H3O+]
이 방정식에서 우리는 H3O+ 이온 농도가 10년치만큼 변할 경우에 pH값이 한 단위만큼 변한다는 사실을 알 수 있습니다. 이것은 샘플의 pH값의 작은 변화를 측정할 수 있는 것이 얼마나 중요한지를 묘사합니다.
pH 이론은 pH 값과 관련하여 H+ 이온과 함께 설명되는 경우가 많습니다. 다만, 참조용으로 더 정확한 이온은 히드로늄(또는 IUPAC에 따른 공식명 옥소늄: (H3O+)입니다.
H+ + H2O ↔ H3O+
산 및 염기는 해리 작동을 보여 히드로늄 이온 또는 수산화물 이온을 형성할 뿐 아니라 순수도 해리하여 두 이온을 형성합니다.
2 H2O ↔ H3O+ + OH–
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4.1. pH 값의 정의
4.2. 농도와 활동도의 상관 관계
4.3. 버퍼 용액
버퍼 용량 (ß)
희석치(ΔpH)
온도 효과(ΔpH/ΔT)
4.4. pH 측정 설정 시 측정 체인
pH 전극
기준 전극
4.5. pH 측정 설정의 보정/조정
4.6. pH 측정 시 온도의 영향
전극의 온도 의존도
등온 교차점
추가 온도 현상
측정된 샘플의 의존도
4.7. 특수 측정 솔루션 사례 현상
알칼리성 오류
산성 오류
기준 전해액과의 반응
유기 매체
