Teoretični priročnik za merjenje pH-vrednosti

Pravilne in natančne meritve pH-vrednosti so odvisne od zanesljivih instrumentov ter elektrod. Izbira pravilne opreme, ravnanje in vzdrževanje so ključnega pomena za pridobitev optimalnih rezultatov ter podaljšanje življenjske dobe instrumentov.

V tem teoretičnem priročniku za merjenje pH-vrednosti je na pregleden in praktičen način opisano merjenje pH-vrednosti v laboratoriju ter na terenu. Priročnik vsebuje veliko namigov in nasvetov za pomembne točke, opis celotnega merjenja pa je v nadaljevanju priročnika podprt s teoretičnim opisom meritev kislosti in alkalnosti. Predstavljene so tudi različne vrste elektrod za merjenje pH-vrednosti, ki so na voljo, in pogoji za izbiro pravilne elektrode
za določen vzorec.

Kazalo:

Predstavitev pH-vrednosti
Izbira in uporaba elektrod
Priročnik za odpravljanje težav pri merjenju pH-vrednosti
Obsežen teoretični opis pH-vrednosti

Prenesite brezplačen teoretični priročnik za merjenje pH-vrednosti ter spoznajte osnove pravilnih in natančnih meritev pH-vrednosti. Pridobite pametne namige in nasvete naših strokovnjakov za merjenje pH-vrednosti pri vaših vsakdanjih opravilih v laboratoriju in na terenu.

Predogled teoretičnega priročnika za merjenje pH-vrednosti:

Zakaj vsakdanje tekočine, kot je kis, razvrščamo kot kisline? Razlog za to je, da kis vsebuje prekomerno količino oksonijevih ionov (H₃O⁺), zaradi katere raztopina postane kisla. Po drugi strani pa raztopine zaradi prekomerne količine hidroksilnih ionov (OH^–) postanejo bolj bazične ali alkalne. Hidroksilni ioni nevtralizirajo vse oksonijeve ione v čisti vodi in vrednost te raztopine se imenuje nevtralna pH-vrednost.

H₃O⁺+ OH^– ↔ 2 H₂O

Slika 1.

Pri reakciji med kislino in bazo nastane voda. Če molekule snovi pri disociaciji sprostijo vodikove ione ali protone, se ta snov imenuje kislina in raztopina postane kisla. Nekatere od najbolj znanih kislin so klorovodikova kislina, žveplova kislina in ocetna kislina ali kis. Spodaj je prikazana disociacija kisa:

CH₃COOH + H₂O ↔ CH₃COO^– + H₃O⁺

Slika 2. Disociacija ocetne kisline.

Vse kisline niso enako močne. Skupno število vodikovih ionov v raztopini določa natančno moč kislosti neke snovi. pH-vrednost je nato opredeljena kot negativen logaritem koncentracije vodikovih ionov. (Če smo natančni, je opredeljena z aktivnostjo vodikovih ionov. Več informacij o aktivnosti vodikovih ionov najdete v poglavju 4.2.)

pH = –log [H₃O⁺]

Slika 3. Formula za izračun pH-vrednosti iz koncentracije oksonijevih ionov.

Kvantitativno razliko med kislimi in alkalnimi snovmi je mogoče določiti z meritvami pH-vrednosti. Na sliki 4 je prikazanih nekaj primerov pH-vrednosti vsakdanjih snovi in kemikalij:

... več informacij najdete v teoretičnem priročniku za merjenje pH-vrednosti ....

1.1. Kislo ali alkalno
1.2.   Zakaj merimo pH-vrednosti?
1.3. Orodja za meritve pH-vrednosti
         a) Elektroda za merjenje pH-vrednosti
         b) Referenčne elektrode
         c) Kombinirane elektrode
1.4. Praktični vodnik za pravilne meritve pH-vrednosti
         a) Priprava vzorcev
         b) Kalibracija
         c) Elektroda za merjenje pH-vrednosti
         d) Pričakovana natančnost merjenja
1.5   Vodnik za merjenje pH-vrednosti po korakih

Za optimalne meritve pH-vrednosti morate najprej izbrati pravilno elektrodo.

Najpomembnejši pogoji za vzorce, ki jih morate upoštevati, so: kemična sestava, homogenost, temperatura, razpon pH-vrednosti in velikost posode (omejitve glede dolžine in širine). Izbira je zlasti pomembna pri vzorcih brez vsebnosti vode, z nizko prevodnostjo, s proteini bogatih in viskoznih vzorcih, kjer so steklene elektrode za splošno uporabo izpostavljene različnim virom napak.

Odzivni čas in natančnost elektrode sta odvisna od številnih dejavnikov. Meritve pri ekstremnih pH-vrednostih in temperaturah ali nizki prevodnosti lahko trajajo dlje kot meritve v vodnih raztopinah pri sobni temperaturi z nevtralno pH-vrednostjo.

Pomen različnih vrst vzorcev je opisan v nadaljevanju z upoštevanjem različnih značilnosti elektrod kot izhodiščne točke. V tem poglavju so opisane predvsem kombinirane elektrode za merjenje pH-vrednosti.

Teoretični priročnik za merjenje pH-vrednosti

Slika 14. Elektroda s keramičnim spojem.

a) Keramični spoji

Odprtina, ki je na referenčnem delu elektrode za merjenje pH-vrednosti in ki ohranja
stik z vzorcem, ima lahko več različnih oblik. Te
oblike so se sčasoma razvile zaradi različnih zahtev glede
elektrod za merjenje raznovrstnih vzorcev. »Standardni« spoj
je najpreprostejši in se imenuje keramični spoj. Sestavljen je
iz poroznega dela keramike, ki je potisnjen skozi stekleni držaj
elektrode. Ta porozni keramični material nato omogoča počasen pretok elektrolita
iz elektrode, vendar preprečuje prost pretok elektrolita iz elektrode.
Ta vrsta spoja je zelo primerna za standardne meritve v vodnih
raztopinah, primer take elektrode pa je METTLER TOLEDO InLab®Routine
Pro. Shematski prikaz načela delovanja tega spoja
je prikazan na spodnji sliki 14.

.. več informacij najdete v teoretičnem priročniku za merjenje pH-vrednosti ....

2.1.     Različne vrste spojev
           a) Keramični spoji
           b) Cevni spoji/spoji iz brušenega stekla
           c) Odprti spoji
2.2.     Referenčni sistemi in elektroliti
2.3.     Vrsta membranskega stekla in oblike membrane
2.4.     Elektrode za merjenje pH-vrednosti za posebne načine uporabe
           Preprosti vzorci
           Umazani vzorci
           Emulzije
           Poltrdi in trdi vzorci
           Ploski vzorci in zelo majhni vzorci
           Posode z majhnimi in težkimi vzorci
           InLab^®Power (Pro)
2.5.     Vzdrževanje elektrod
2.6.     Hramba elektrod
           Kratkoročna hramba
           Dolgoročna hramba
           Temperaturni senzorji
2.7.     Čiščenje elektrod
           Zamašitev s srebrovim sulfidom (Ag2S)
           Zamašitev s srebrovim kloridom (AgCl)
           Zamašitev z beljakovinami
           Druge zamašitve spoja
2.8.     Regeneracija in življenjska doba elektrod
2.9.     Dodatne informacije

Videoposnetki z navodili za ravnanje z elektrodami v storitvi YouTube

Do težav, do katerih lahko pride pri merjenju pH-vrednosti, lahko pride iz več vzrokov: od merilnika, kabla in elektrode do puferskih raztopin, temperature pri merjenju in vzorca (načina uporabe). Posebej morate biti pozorni na simptome težave, saj so uporabni za ugotavljanja vzroka težave. V spodnji tabeli je pregled simptomov in vzrokov:

Previsoki/prenizki odčitki ali odčitki zunaj dovoljenih vrednosti »---«

Preverite merilnik, kabel, elektrodo, postopek kalibracije in temperaturo vzorca

Vrednost se ne spremeni

Preverite merilnik, kabel in elektrodo

Počasen odzivni čas

Preverite elektrodo in vzorec/način uporabe

Visok odmik po kalibraciji

Preverite elektrodo, puferske raztopine in postopek kalibracije

Nizek naklon po kalibraciji

Preverite elektrodo, puferske raztopine in postopek kalibracije

Napaka pri kalibraciji

Preverite elektrodo, kabel, elektrodo, puferske raztopine in postopek kalibracije

Nihajoče vrednosti meritev

Preverite elektrodo in vzorec/način uporabe

... več informacij najdete v teoretičnem priročniku za merjenje pH-vrednosti ....

3.1.     Preverite merilnik in kabel
3.2.     Preverite temperaturo vzorca in način uporabe
3.3.     Preverjanje pufrov in postopka kalibracije
           Nekaj nasvetov za uporabo pufrov
3.4.     Preverjanje elektrode

Priročnik za odpravljanje težav z elektrodami za merjenje pH vrednosti

V prejšnjih poglavjih so bili opisani praktični vidiki meritev pH-vrednosti. V tem poglavju pa je v glavnem opisano teoretično ozadje meritev pH-vrednosti in je namenjen bralcem, ki želijo osvojiti
bolj temeljno znanje o teoriji merjenja pH-vrednosti.

Najprej je razvita osnovna teorija merjenja pH-vrednosti, nato je opisana teorija delovanja senzorjev, nazadnje pa so predstavljene še nekatere posebne teme.

4.1. Definicija pH-vrednosti

Sørenson opredeljuje pH-vrednost kot negativen logaritem koncentracije ionov H₃O⁺:

pH = –log [H₃O⁺]

Iz enačbe je razvidno, da se pH-vrednost v primeru spremembe koncentracije ionov H₃O⁺ za desetico spremeni za eno enoto. To je nazoren prikaz, kako pomembna je zmožnost meritve celo majhnih sprememb pH-vrednosti vzorca.
Teorija pH-vrednosti je pogosto opisana z ioni H⁺ v povezavi s pH-vrednostmi, čeprav je pravilno poimenovanje iona hidronijev ion (ali kot je uradno poimenovan glede na nomenklaturo IUPAC: oskonij) (H₃O⁺):

H⁺+ H₂O ↔ H₃O⁺

Do disociacije, pri kateri nastajajo oksonijevi ali hidroksilni ioni, ne prihaja samo pri kislinah in bazah, ampak tudi pri čisti vodi, v kateri disociaciji nastajajo oksonijevi in hidroksilni ioni:

2 H₂O ↔ H₃O⁺ + OH^–

... več informacij najdete v teoretičnem priročniku za merjenje pH-vrednosti ....

4.1.     Definicija pH-vrednosti
4.2.     Povezava med koncentracijo in aktivnostjo
4.3.     Puferske raztopine
           Puferska zmogljivost (ß)
           Vrednost razredčene raztopine (ΔpH)
           Temperaturni učinek (ΔpH/ΔT)
4.4.     Veriga merjenja pri pripravi meritve pH-vrednosti
           Elektroda za merjenje pH-vrednosti
           Referenčna elektroda
4.5.     Kalibracija/prilagoditev priprave meritve pH-vrednosti
4.6.     Učinek temperature na meritve pH-vrednosti
           Temperaturna odvisnost elektrode
           Izotermično stičišče
           Drugi temperaturni pojavi
           Temperaturna odvisnost izmerjenega vzorca
4.7.     Pojavi v primeru posebnih merilnih raztopin
           Napaka alkalnosti
           Napaka kislosti
           Reakcije z referenčnim elektrolitom
           Organski mediji