 |
Guiden i pH-teori |
Denne guide i pH-teori fokuserer på at give en klar og praktisk beskrivelse af, hvordan man måler pH i laboratoriet og udenfor laboratoriet. Der gives mange råd og tips om de vigtige punkter, og hele målebeskrivelsen er senere understøttet af den teoretiske beskrivelse af surheds- og alkalitetsmålinger. Der tages også hensyn til de forskellige typer af pH-elektroder, der er tilgængelige, og udvælgelseskriterierne for valg af den rigtige elektrode
til en bestemt prøve.
Indholdsfortegnelse:
- Introduktion til pH.
- Elektrodeudvælgelse og håndtering
- Fejlfindingsguide til pH-målinger
- Omfattende pH-teori
Få et forhåndkig på guiden i pH-teori:
1. Introduktion til pH
Hvorfor klassificerer vi en dagligdags væske som eddike som værende sur? Årsagen til dette er, at eddike indeholder et overskud af hydroniumioner (H3O+) og dette overskud af hydroniumioner i en opløsning, gør den sur. Et overskud af hydroxylioner (OH–) gør på den anden side noget basisk eller alkalisk. I rent vand er hydroniuminerne alle neutraliserede af hydroxylioner, og denne opløsning er det, vi kalder en neutral pH-værdi.
H3O+ + OH– ↔ 2 H2O
Figur 1.
Reaktionen af en syre og en base danner vand. Hvis molekylerne af et stof frigiver hydrogenioner eller protoner gennem dissociation, kalder vi dette stof for en syre og opløsningen bliver sur. Nogle af de bedst kendte syrer er saltsyre, svovlsyre og eddikesyre eller eddike. Dissociationen af eddike ses nedenfor:
CH3COOH + H2O ↔ CH3COO– + H3O+
Figur 2. Dissociation af eddikesyre.
Ikke alle syrer er lige stærke. Præcist hvor surt noget er, bestemmes af den samlede mængde af hydrogenioner i opløsningen. pH-værdien defineres derefter som den negative logaritme for hydrogenionkoncentrationen. (For at være præcis, bestemmes det af aktiviteten af hydrogenionerne. Se kapitel 4.2 for mere information om hydrogenionernes aktivitet).
pH = –log [H3O+]
Figur 3. Formlen til beregning af pH-værdien fra koncentrationen af hydroniumioner.
Den kvantitative forskel mellem sure og alkaliske stoffer kan bestemmes ved udførelse af pH-værdimålinger. Nogle eksempler på pH-værdier af dagligstoffer og kemikalier er angivet i figur 4:
... få mere i guiden i pH-teori ....
1.1. Syre eller alkalisk
1.2. Hvorfor måles der pH-værdier?
1.3. Værktøjerne til pH- målinger
a) pH- elektroden
b) Reference- elektroder
c) Kombinationselektroder
1.4. Praktisk guide til korrekte pH- målinger
a) Prøve- forberedelse
b) Kalibrering
c) pH-elektrode
d) Forventet måle- nøjagtighed
1.5 Trinvis guide til pH-målinger
2. Elektrodeudvælgelse og håndtering
Til optimale pH-målinger skal den korrekte elektrode først vælges. De vigtigste prøvekriterier, der skal overvejes, er: kemisk sammensætning, homogenitet, temperatur, pH-interval og beholderstørrelse (længde- og breddebegrænsninger). Valget bliver specielt vigtigt, når der er tale om prøver, der er ikke-vandige, har lav ledningsevne, er stærkt proteinholdige og viskose. I disse tilfælde udsættes standardglaselektroder for forskellige fejlkilder.
Responstiden og nøjagtigheden for en elektrode afhænger af en række faktorer. Målinger ved ekstreme pH-værdier og temperaturer eller ved lav ledningsevne kan tage længere tid end målinger af vandige opløsninger ved rumtemperatur og med en neutral pH. Betydningen af de forskellige slags prøver forklares nedenfor, ved at tage de forskellige elektrodeegenskaber som udgangspunkt. Som før nævnt, gennemgås hovedsageligt kombinerede pH-elektroder i dette kapitel.
a) Keramiske samlinger
Den åbning, som referencedelen af en pH-elektrode indeholder for at sikre
kontakten med prøven, kan have flere forskellige former. Disse
former har udviklet sig gennem tiden på grund af de forskellige krav, der stilles
til elektroderne, når forskellige prøver måles. ‘Standard’-samling
er den enkleste, og er kendt som en keramisk samling. Den består
af et porøst stykke keramik, der skubbes gennem elektrodens
glasrør. Dette porøse keramiske materiale gør det derefter muligt for elektrolytten langsomt at flyde ud af elektroden, men afholder den fra at strømme frit ud.
Denne slags samling er meget velegnet til standardmålinger i vandige
opløsninger; METTLER TOLEDO InLab®Routine Pro er et eksempel
på en sådan elektrode. En skematisk tegning af princippet for denne samling
vises nedenfor i figur 14.
.. få mere i guiden i pH-teori ....
2.1. Forskellige slags samlinger
a) Keramiske samlinger
b) muffesamlinger / grundglas samlinger
c) åbne samlinger
2.2. Referencesystemer og elektrolytter
2.3. Typer af membranglas og membranformer
2.4. pH-elektroder til specifikke anvendelser
Nemme prøver
Snavsede prøver
Emulsioner
Halvfaste eller faste prøver
Flade prøver og meget små prøver
Små prøver og vanskelige prøvebeholdere
InLab®Power (Pro)
2.5. Elektrodevedligeholdelse
2.6. Elektrodeopbevaring
Kortvarig opbevaring
Langvarig opbevaring
Temperatursensorer
2.7. Elektroderensning
Blokering med sølvsulfid (Ag2S)
Blokering med sølvklorid (AgCl)
Blokering med proteiner
Andre samlingsblokeringer
2.8. Elektroderegenerering og levetid
2.9. Yderligere oplysninger
3.Fejlfindingsguide til pH-målinger
Problemer, der opstår under pH-målinger kan have forskellige kilder; fra måleren, kablet og elektroden, ned til bufferopløsningerne, måletemperaturen og prøven (anvendelsen). Der skal tages særligt hensyn til symptomerne på problemet, da disse er nyttige til at lokalisere fejlens oprindelse. Følgende tabel giver dig en oversigt over symptomer og årsager:
Aflæsninger, der er for høje/for lave eller uden for målestok “---”
- Tjek måler, kabel, elektrode, kalibreringsprocedure og prøvetemperatur
Værdien ændrer sig ikke
- Tjek måler, kabel og elektrode
Langsom svartid
- Tjek elektrode og prøve/anvendelse
Høj offset efter kalibrering
- Tjek elektrode, bufferopløsning og kalibreringsprocedure
Lav hældning efter kalibrering
- Tjek elektrode, bufferopløsning og kalibreringsprocedure
Kalibreringsfejl
- Tjek måler, kabel, elektrode, bufferopløsning og kalibreringsprocedure
Afvigende måleværdier
- Tjek elektrode og prøve/anvendelse
... få mere i guiden i pH-teori ....
3.1. Kontrol af måler og kabel
3.2. Kontrol af prøvetemperatur og anvendelsen
3.3. Kontrol af buffere og kalibreringsprocedure
Nogle tips til bufferanvendelse
3.4. Kontrol af elektroden
4. Omfattende pH-teori
I de foregående afsnit blev de praktiske aspekter af pH-målinger gennemgået. Dette kapitel omhandler hovedsageligt den teoretiske baggrund for pH-målinger, og er beregnet til læsere, der ønsker at erhverve sig en mere grundlæggende forståelse af pH-teorien. Først gennemgås den grundlæggende pH-teori, derefter tager vi et kig på sensorteorien og til sidst behandles nogle specielle emner.
4,1. Definition af pH-værdien
Ifølge Sørenson defineres pH som den negative logaritme af H3O+ ionkoncentration:
pH = –log [H3O+]
Fra ligningen kan vi se, at hvis H3O+ ionkoncentrationen ændrer sig med en dekade, ændrer pH-værdien sig med en enhed. Dette illustrerer pænt, hvor vigtigt det er at kunne måle selv små ændringer i pH-værdien af en prøve. Ofte beskrives pH-teorien med H+ ioner i forbindelse med pH-værdier, selv om den korrekte ion, at henvise til, er hydroniumionen (eller som det er officielt kendt i henhold til IUPAC: oxonium) (H3O+):
H+ + H2O ↔ H3O+
Ikke kun syrer og baser viser dissociationsadfærd for at danne hydroniumioner eller hydroxidioner, men rent vand dissocieres også for at danne hydronium- og hydroxidioner:
2 H2O ↔ H3O+ + OH–
... Få mere i guiden i pH-teori ....
4.1. Definition af pH-værdien
4.2. Korrelation af koncentration og aktivitet
4.3. Bufferopløsninger
Bufferkapacitet (ß)
Fortyndingsværdi (ΔpH)
Temperatureffekt (ΔpH/ΔT)
4.4. Målekæden i pH-måleopsætningen
pH-elektrode
Referenceelektrode
4.5. Kalibrering/justering af pH-måleopsætningen
4.6. Temperaturens indflydelse på pH-målinger
Temperaturafhængighed af elektroden
Isotermisk skæringspunkt
Yderligere temperaturfænomener
Temperaturafhængighed af den målte prøve
4.7. Fænomener ved særlige måleopløsninger
Alkalisk fejl
Syrefejl
Reaktioner med referenceelektrolytten
Organiske medier
