pH mérő laboreszközök

A pH a vizes oldatok savasságát vagy lúgosságát jellemző skála. A pH érték kölcsönös összefüggést mutat a hidrogénionok koncentrációjával (pontosabban aktivitásával). A 7-nél alacsonyabb pH értékű (magas hidrogénion-koncentrációjú) oldatok savasak, míg a 7-nél magasabb pH értékű (alacsony hidrogénion-koncentrációjú) oldatok lúgosak.

A pH érték mérésének célja:

• meghatározott tulajdonságokkal rendelkező termékek gyártása;
  
• alacsonyabb költségvonzatú termékek előállítása;
  
• a termékek minőségének biztosítása, hogy elkerüljék az emberek, az anyagok és a környezet károsítását;
  
• a szabályozási követelmények teljesítése;
• a berendezések védelme;
  
• kutatás-fejlesztési ismeretek szerzése.

A pH mérő laboreszközök különféle iparágakban használatosak, például:

• gyógyszeripar és biotechnológia;
• tejipar;
• talaj- és szennyvízkezelés;
• kozmetikai ipar;
• vízszűrés;
  
• élelmiszer- és italgyártás.

A pH mérő műszerekre ráadásul a laboratóriumokon kívül is szükség van. Az ipari gyártólétesítményekben vagy azok közelében, illetve a terepi helyszíneken zajló alkalmazásokat mind ide sorolhatjuk (vízben, szennyvízben, talajban stb. végzett mérések).

A pH mérésekhez szükséges eszközök viszonylag egyszerűek, és helyes használat esetén megbízható méréseket biztosítanak. A jellemző pH mérő laboreszköz a következőkből tevődik össze:

• pH mérő: Potenciométer, amely egy üveg- és egy referenciaelektróda közötti feszültségkülönbséget méri, majd ez alapján számítja ki a pH értéket.
• Szenzorok: Egy referencia és egy pH elektróda az áramkör zárásához. Napjainkban ezek egyesíthetők is, ilyenkor kombinált pH elektródákról beszélünk.

Egyéb szükséges eszközök:

• Kalibráló oldatok: A minta pH mérése előtt két vagy több ismert pH-jú referenciaoldatot kell használni a pH elektróda kalibrálása érdekében.
• Minta: A minta a mérendő oldat, amelynek vagy vizes oldatnak kell lennie, vagy elegendő vizet kell tartalmaznia a pH mérés elvégzéséhez.

Igen, a pH érték és a vezetőképesség összefügg egymással, de ez nem lineáris vagy feltétlen kapcsolat.
A pH szenzor kizárólag az oldatbeli H⁺-aktivitásra reagál, míg a vezetőképesség esetén a szenzorok az oldatban jelen lévő összes töltéssel rendelkező ion (anion és kation) aktivitását mérik. Minél nagyobb az ionok koncentrációja, annál magasabb a vezetőképesség.

Ezenfelül az egyes ionok mozgékonysága is fokozza a vezetőképességre gyakorolt hatást. Az oldatokban előforduló gyakori ionok közül a legmozgékonyabb kation a 350 egység értékű hidrogénion [H⁺], a legmozgékonyabb anion pedig a 199 egység értékű hidroxilion [OH^–]. A többi gyakori ion 40 és 80 egység közötti értékkel rendelkezik. Ez azt jelenti, hogy az erősen savas (vagy erősen lúgos) oldatok nagy vezetőképességgel rendelkeznek. Mivel a pH a hidrogénionok koncentrációját méri, a következő szabályok érvényesek rá:

• Savas (<7 pH értékű) oldatokban: minél alacsonyabb a pH (azaz minél magasabb a H⁺-koncentráció), annál magasabb a vezetőképesség.
  
• Lúgos (>7 pH értékű) oldatokban: a pH érték emelkedésével nő a vezetőképesség (egyre több az OH^–-ion).
  
• A semleges (7-es pH értékű) pH a H⁺- és OH^–-ionok azonos koncentrációja következtében áll elő. Ez azonban nem jelenti azt, hogy az oldat semmilyen egyéb iont nem tartalmaz, amely hozzájárulna az oldat vezetőképességéhez.
  
  

Vegyünk egy példát: az ionmentesített víz pH értéke elméletileg 7,0, vezetőképessége pedig 0,055 µS/cm. NaCl (só) hozzáadása után a kapott NaCl-oldat továbbra is semleges pH-jú marad, de az oldat vezetőképessége a hozzáadott NaCl mennyiségének függvényében nagyban megemelkedhet.

Összefoglalva: a minta pH értékét és vezetőképességét külön-külön kell meghatározni a minták mindegyikénél, és elméletileg nem hozhatók egymással összefüggésbe.

A pH mérések eredménye a minta hőmérsékletétől függ. Ezért fontos észben tartani az alábbi pontokat:

a. A hőmérséklet befolyásolja az elektródák meredekségét:
A pH elektróda elektrokémiai potenciált (mV) generál a mérő és a referencia félcella között. A ph mérő laboreszköz ebből a potenciálból számítja ki a pH értéket a hőmérsékletfüggő tényező segítségével: –2,3*R*T/F, ahol R az egyetemes gázállandó, T a Kelvin-fokban kifejezett hőmérséklet, F pedig a Faraday-állandó. 298 K (25 °C) fokos hőmérsékleten ez a tényező –59,16 mV/pH. Ezt az elektróda referencia-hőmérsékleten (25 °C-on) érvényes elméleti meredekségének nevezzük. Más-más hőmérsékletek esetén a meredekségértékek ennek megfelelően számíthatók ki. Pl.: –56,18 mV/pH 10 °C-on, –58,17 mV/pH 20 °C-on, –60,15 mV/pH 30 °C-on stb. A hőmérséklet pH mérésre gyakorolt ezen hatását az automatikus (ATC) vagy kézi hőmérséklet-kompenzációval (MTC) lehet korrigálni. Ezért fontos ismerni a minta hőmérsékletét, vagy hőmérséklet-szondát alkalmazni. A helytelenül beállított hőmérséklet 5 °C-os eltérésenként 0,12 pH egységnyi hibát eredményez.

b. A hőmérséklet befolyásolja a minta pH értékét:
A minta pH értéke a hőmérséklettel együtt változik. Ez egy kémiai hatás, és így minden mintatípus esetén egyedi. Ezt a hatást nem lehet kompenzálni; mindig a tényleges hőmérsékleten érvényes valós pH érték jelenik meg. Ezért fontos, hogy mindig csak az azonos hőmérsékleten mért pH értékek összehasonlítására kerüljön sor.

Kivétel: a műszer számos kereskedelmi forgalomban kapható pufferoldat pH értékének hőmérsékletfüggését tárolja. Emiatt az elektróda különböző hőmérsékleteken is kalibrálható, mivel a mért potenciálértékeket a műszer automatikusan 25 °C vagy 20 °C-os hőmérsékletre vonatkoztatja. Ha élni kíván ezzel a funkcióval, fontos, hogy a megfelelő puffercsoportot válassza, és a kalibrálás során megmérje a hőmérsékletet.

A vezetőképesség mérése erősen függ a hőmérséklettől (kb. 2%-os eltérés tapasztalható °C-onként). Az eredményeket csak akkor lehet összehasonlítani, ha minden minta azonos hőmérsékletű, vagy ha az érték bizonyos referencia-hőmérsékletre vonatkozik.

A legtöbb esetben lineáris hőmérséklet-kompenzációt szokás használni. Referencia-hőmérsékletként a kezelőnek ki kell választania a 20 °C-os vagy 25 °C-os értéket. A mért és a referencia-hőmérséklet közötti különbséget ezután meg kell szorozni az α-nak nevezett kompenzációs tényezővel (mértékegysége: %/°C), hogy a művelet révén kompenzált vezetőképesség álljon elő.

A művelet helyes végrehajtásához minden egyes mintára meg kell állapítani az α lineáris kompenzációs együtthatót. Bár a hőmérséklet-függőség itt lineárisnak tekinthető, a valóságban maga a „lineáris” együttható a minta ionkoncentrációjának és hőmérsékletének függvénye. Az α érték gyári beállítása: 2,00 %/°C. Az α együttható az összes Five and Seven mérőeszközön 0,00 %/°C értéktől – ami a hőmérséklet-kompenzáció teljes hiányának felel meg – 10 %/°C értékig állítható be.

A METTLER TOLEDO pH szakértői és támogatási központja (pH Competence and Support Center, pH CSC) közvetlen elektrokémiai elemzésben jártas szakemberek csapatából áll. Mivel a csapat szoros kapcsolatban van az ügyfelekkel, technikai ügyfélszolgálattal, termékmenedzsmenttel és termékfejlesztőkkel, gyors tanácsadást és hatékony megoldásokat nyújt a pH analízis világában egyedülálló szolgáltatása keretében.

A technikai és alkalmazási támogatás az alábbi mérési paraméterekre és kapcsolódó METTLER TOLEDO pH laboratóriumi berendezésekre terjed ki:

• pH érték;
• redox (ORP);
• ionkoncentráció (ISE);
• vezetőképesség;
• oldott oxigén (DO).