pH-instrument för laboratoriet

Elektrokemi är läran om kemiska reaktioner som inträffar i en lösning som involverar elektronöverföring mellan elektroden och elektrolyten. Elektrokemisk mätning omfattar:

• pH
• Konduktivitet (Cond)
• Potential för oxideringsreducering (ORP eller Redox)
• Jonkoncentration (ISE)
• Upplöst syre (DO)

pH är en skala som används för att specificera surhet eller alkalinitet för vattenhaltiga lösningar. pH-värden är kopplade till koncentrationen (för att vara mer precis: med aktiviteten) för vätejoner. Lösningar med pH lägre än 7 är sura (hög koncentration av vätejoner) och lösningar med ett pH högre än 7 är alkaliska (låg koncentration av vätejoner).

pH mäts för att:

• Producera produkter med definierade egenskaper
  
• Producera produkter till reducerade kostnader
  
• Säkerställa produkters kvalitet, för att undvika skada på människor, material och miljön
  
• Uppfylla regelkrav
• Skydda utrustning
  
• Inhämta kunskaper för forskning och utveckling

pH-instrument för laboratoriet används i olika branscher, som:

• Läkemedel och bioteknik
• Mejeri
• Rening av mark och avloppsvatten
• Kosmetika
• Vattenfiltrering
  
• Livsmedel och dryck

Dessutom behövs pH-instrument för tillämpningar utanför laboratoriet. Detta omfattar platser nära eller vid industriell produktion och i fältet (för att mäta vatten, avlopp, mark, etc.).

Verktygen som krävs för pH-mätningar är relativt okomplicerade och ger tillförlitliga mätningar om de används korrekt. Ett typiskt pH-instrument för laboratoriet består av följande:

• pH-mätare: En potentiometer som mäter spänningsskillnaden mellan en glaselektrod och en referenselektrod och beräknar pH-värdet.
• Sensorer: En referens- och pH-elektrod för att sluta kretsen. Nu för tiden kan de kombineras och kallas kombinerade pH-elektroder.

Andra verktyg som behövs är:

• Kalibreringslösningar: Innan du mäter pH-värdet i ett prov, måste två eller fler referenslösningar från kända pH-värden användas för att kalibrera en pH-elektrod.
• Prov: Provet är lösningen som ska mätas, som måste vara en vattenhaltig lösning eller innehålla tillräckligt med vatten för att pH-mätningen ska vara möjlig.

Ja, pH och konduktivitet är relaterade, men inte linjära eller på ett absolut sätt.
En pH-sensor reagerar endast på H⁺ i en lösning, till skillnad från i konduktivitet, där sensorerna mäter aktiviteten för alla laddade joner (anjoner och katjoner) som finns i en lösning. Ju högre koncentration av joner, desto högre konduktivitet.

Dessutom har en jons mobilitet en konduktivitetsökande påverkan. Bland de vanliga jonerna i en lösning är den mest rörliga katjonen vätejonen [H⁺] med ett värde på 350 enheter, och den mest rörliga anjonen är hydroxidjonen [OH^-], 199 enheter. Andra vanliga joner har värden mellan 40 och 80 enheter. Detta betyder att starkt sura (eller starkta basiska) lösningar har höga konduktiveteter. Eftersom pH är en mätning av koncentrationen av vätejoner, gäller följande regler:

• I sura lösningar (< pH 7): ju lägre pH (dvs. ju högre koncentration av H⁺) desto högre konduktivitet.
  
• I alkaliska lösningar (> pH 7): konduktiviteten ökar med pH-ökningen (ökning av OH^--jonen).
  
• Neutralt pH (pH 7) beror på samma koncentration av H⁺- och OH^--joner. Men det betyder inte att lösningen inte innehåller några andra joner som skulle bidra till lösningens konduktivitet.
  
  

Låt oss överväga ett exempel: pH för avjoniserat vatten är teoretiskt 7,0 och konduktiviteten är 0,055 µS/cm. Om du tillsätter NaCl-salt till det, kommer den resulterande NaCl-lösningen fortfarande ha neutralt pH, men lösningens konduktivitet kan öka väsentligt, beroende på mängden tillsatt NaCl.

Sammanfattning: ett provs pH och konduktivitet måste fastställas separat för varje prov och kan inte vara teoretiskt korrelerade.

pH-mätningar beror på ett provs temperatur. Punkterna nedan är viktiga att ha i åtanke:

a. Temperatur påverkar en elektrods lutning:
pH-elektroden ger en potential (mV) mellan mätningen och referenshalvcellen. pH-instrumentet för laboratoriet beräknar pH-värdet från denna potential med hjälp av temperaturberoendefaktorn -2,3 * R * T / F, där R är den universella gaskonstanten, T är temperaturen i Kelvin och F är Faraday-konstanten. Vid 298 K (25 °C) är faktorn -59,16 mV/pH. Detta kallas för elektrodens teoretiska lutning vid referenstemperaturen (25 °C). Vid olika temperaturer, kan lutningsvärdena beräknas på motsvarande sätt. T.ex.: -56,18 mV/pH vid 10 °C, -58,17 mV/pH vid 20 °C, -60,15 mV/pH vid 30 °C och så vidare. Denna påverkan som temperaturen har på pH-mätningen korrigeras av automatisk (ATC) eller manuell temperaturkompensation (MTC). Därför är det viktigt att känna till ett provs temperatur eller att använda en temperatursensor. En felaktigt inställd temperatur resulterar i ett fel på 0,12 pH-enheter per 5 °C differens.

b. Temperatur påverkar ett provs pH-värde:
Ett provs pH-värde ändras med temperaturen. Detta är en kemisk effekt som därför är individuell för varje typ av prov. Denna påverkan kan inte kompenseras. Endast det faktiska pH-värdet vid den aktuella temperaturen visas. Därför är det viktigt att endast jämföra pH-värden uppmätta vid samma temperatur.

Undantag: pH-temperaturberoende för många kommersiella buffertlösningar lagras i instrumentet. Som ett resultat kan elektroden kalibreras vid olika temperaturer eftersom de uppmätta potentialerna automatiskt hänförs till 25 °C eller 20 °C. För att dra nytta av den funktionen, är det viktigt att välja korrekt buffertgrupp och att mäta temperaturen under kalibrering.

Konduktivitetsmätningen är mycket temperaturberoende (ca 2 % variation per °C). Resultat kan endast jämföras om temperaturen för alla prover är identisk eller om värdet hänvisar till en viss referenstemperatur.

I de flesta fall används linjär temperaturkompensation. Operatören måste välja 20 °C eller 25 °C som referenstemperatur. Skillnaden mellan den uppmätta temperaturen och referenstemperaturen multipliceras sedan med en kompensationsfaktor som kallas α (enhet; %/°C), vilken i sin tur kompenserar konduktiviteten.

För att göra detta korrekt, måste den linjära kompensationskoefficienten α fastställas för varje prov. Trots att temperaturberoendet anses vara linjärt, är i verkligheten denna "linjära" koefficient själv beroende av provets jonkoncentration och temperatur. Fabriksinställningen för α är 2,00 %/°C. I alla Five- och Seven-mätare, kan α justeras från 0,00 %/°C - vilket betyder ingen temperaturkompensation alls - till 10 %/°C.

METTLER TOLEDOs pH kompetens- och supportcenter (pH CSC) utgörs av ett team med experter på direkt elektrokemisk analys. Tack vare teamets nära kontakt med kunderna, kan det erbjuda teknisk support, produkthantering och produktutveckling, snabb rådgivning och effektiva lösningar. Detta gör denna service ganska så unik inom världen för pH-analys.

Den tekniska supporten och tillämpningssupporten som erbjuds omfattar följande mätparametrar och relaterad METTLER TOLEDO pH Lab-utrustning:

• pH
• Redox (ORP)
• Jonkoncentration (ISE)
• Konduktivitet
• Upplöst syre (DO)