 |
Phép đo pH chính xác phụ thuộc vào thiết bị và điện cực đáng tin cậy. Lựa chọn thiết bị chính xác, xử lý và bảo trì là những việc rất quan trọng để có được kết quả tối ưu và tuổi thọ thiết bị cao. |
Sổ tay hướng dẫn Lý thuyết về pH tập trung vào việc đưa ra mô tả rõ ràng và thiết thực về cách đo pH trong môi trường thí nghiệm và thực địa. Nhiều mẹo và gợi ý được đưa ra cho các điểm quan trọng và toàn bộ phần mô tả phép đo sẽ được hỗ trợ bởi phần mô tả lý thuyết về phép đo độ axit và kiềm. Sự chú ý cũng được dành cho các loại điện cực pH khác nhau có sẵn và các tiêu chí lựa chọn điện cực phù hợp
cho một mẫu cụ thể.
Mục lục:
- Giới thiệu về pH.
- Lựa chọn và xử lý điện cực
- Sổ tay hướng dẫn xử lý sự cố cho phép đo pH
- Lý thuyết toàn diện về pH
Xem trước Sổ tay hướng dẫn Lý thuyết về pH:
1. Giới thiệu về pH
Tại sao chúng ta phân loại một chất lỏng như giấm là có tính axit? Lý do cho điều này là giấm có chứa dư thừa ion hydroium (H3O+) và sự dư thừa ion hydronium trong một dung dịch khiến nó có tính axit. Ngược lại, sự dư thừa ion hydroxyl (OH–) tạo ra chất trung tính hoặc có tính kiềm. Trong nước tinh khiết, ion hydronium bị trung hòa bởi ion hydroxyl và dung dịch này có giá trị pH trung tính.
H3O+ + OH– ↔ 2 H2O
Hình 1.
Phản ứng giữa axit và bazơ tạo ra nước. Nếu các phân tử của một chất sản sinh ra ion hay proton hydro thông qua sự phân ly, chúng ta gọi chất này là axit và dung dịch trở nên có tính axit. Một số loại axit được biết đến nhiều nhất là axit hydrocloric, axit sulfuric và axit acetic hay giấm. Sự phân ly của giấm được thể hiện dưới đây:
CH3COOH + H2O ↔ CH3COO– + H3O+
Hình 2. Sự phân ly của axit acetic.
Không phải mọi axit đều có độ bền như nhau. Độ axit của một chất được xác định bởi tổng số ion hydro trong dung dịch. Giá trị pH được xác định là trừ logarit của nồng độ ion hydro. (Một cách chính xác, nó được xác định bởi hoạt tính của ion hydro. Xem chương 4.2 để biết thêm thông tin về hoạt tính của ion hydro).
pH = –log [H3O+]
Hình 3. Công thức tính giá trị pH từ nồng độ ion hydronium.
Sự khác biệt về lượng giữa các chất có tính axit và bazơ được xác định bằng cách thực hiện phép đo giá trị pH. Một số ví dụ về giá trị pH của các chất thường gặp được cho trong hình 4:
... xem thêm trong Sổ tay hướng dẫn Lý thuyết về pH ....
1.1. Axit hay bazơ
1.2. Tại sao giá trị pH được đo?
1.3. Các công cụ đo pH
a) Điện cực pH
b) Điện cực tham chiếu
c) Điện cực kết hợp
1.4. Sổ tay hướng dẫn thực tiễn cho phép đo pH chính xác
a) Chuẩn bị mẫu
b) Hiệu chuẩn
c) Điện cực pH
d) Độ chính xác kỳ vọng cho phép đo
1.5 Sổ tay hướng dẫn từng bước cho phép đo pH
2. Lựa chọn và xử lý điện cực
Để có phép đo pH tối ưu, trước tiên điện cực phải được lựa chọn chính xác.
Các tiêu chí mẫu quan trọng nhất cần cân nhắc là: thành phần hóa học, độ đồng nhất, nhiệt độ, phạm vi pH và kích thước vật chứa (giới hạn chiều dài và chiều rộng). Việc lựa chọn trở nên đặc biệt quan trọng đối với các mẫu không chứa nước, dẫn điện thấp, giàu protein và nhớt, vì với các mẫu này, điện cực thủy tinh thông thường dễ phát sinh nhiều lỗi khác nhau.
Thời gian đáp ứng và độ chính xác của một điện cực phụ thuộc vào một số yếu tố. Việc đo trong môi trường có pH và nhiệt độ cực trị hoặc độ dẫn điện thấp có thể mất nhiều thời gian hơn so với đo trong dung dịch chứa nước ở nhiệt độ phòng với pH trung bình.
Ý nghĩa của các loại mẫu khác nhau được trình bày dưới đây bằng cách lấy các đặc điểm điện cực khác nhau làm điểm khởi đầu. Điện cực pH kết hợp được thảo luận chủ yếu trong chương này.
a) Junctions sứ
Chỗ tiếp xúc giữa phần điện cực tham chiếu
với mẫu có thể có một số dạng khác nhau. Những
dạng này đã phát triển theo thời gian vì các yêu cầu khác nhau đối với
điện cực khi đo các mẫu đa dạng. Junction “tiêu chuẩn”
là đơn giản nhất và được gọi là junction sứ. Nó chứa
một mảnh sứ rỗng được đẩy qua trục thủy tinh của
điện cực. Mảnh sứ rỗng này cho phép chất điện ly
đi từ từ qua điện cực, nhưng ngăn cản nó tràn ngoài một cách tự do.
Loại junction này rất phù hợp cho các phép đo tiêu chuẩn trong dung dịch chứa nước
; InLab®Routine Pro của METTLER TOLEDO là một ví dụ
cho loại điện cực này. Hình minh họa cấu tạo của junction này
được thể hiện trong hình 14.
.. xem thêm trong Sổ tay hướng dẫn Lý thuyết về pH ....
2.1. Các loại junction khác nhau
a) Junction sứ
b) Junction dạng ống / junction thủy tinh mờ
c) Junction mở
2.2. Các chất điện ly và hệ thống tham chiếu
2.3. Các loại thủy tinh màng và hình dạng màng
2.4. điện cực pH cho ứng dụng cụ thể
Mẫu dễ
Mẫu bẩn
Nhũ tương
Mẫu bán rắn hoặc rắn
Mẫu phẳng và mẫu rất nhỏ
Mẫu nhỏ và vật chứa mẫu khó
InLab®Power (Pro)
2.5. Bảo trì điện cực
2.6. Bảo quản điện cực
Bảo quản ngắn hạn
Bảo quản dài hạn
Các cảm biến nhiệt độ
2.7. Vệ sinh điện cực
Nghẽn bạc sunfua (Ag2S)
Nghẽn bạc clorua (AgCl)
Nghẽn protein
Nghẽn mối nối khác
2.8. Phục hồi & thời hạn sử dụng điện cực
2.9. Thông tin bổ sung
3.Sổ tay hướng dẫn xử lý sự cố cho phép đo pH
Các vấn đề phát sinh khi đo pH có thể xuất phát từ các nguồn khác nhau; từ máy đo, cáp và điện cực, đến các dung dịch đệm, nhiệt độ đo và mẫu (ứng dụng). Cần chú ý đặc biệt đến các triệu chứng của vấn đề vì chúng giúp xác định nguồn gây lỗi. Bảng sau cung cấp thông tin tổng quan về các triệu chứng và nguyên nhân:
Chỉ số quá cao/quá thấp hoặc vượt ngoài thang đo “---”
- Kiểm tra máy đo, cáp, điện cực, quy trình hiệu chuẩn và nhiệt độ mẫu
Giá trị không thay đổi
- Kiểm tra máy đo, cáp và điện cực
Thời gian đáp ứng chậm
- Kiểm tra điện cực và mẫu/ứng dụng
Độ lệch cao sau khi hiệu chuẩn
- Kiểm tra điện cực, dung dịch đệm và quy trình hiệu chuẩn
Độ dốc thấp sau khi hiệu chuẩn
- Kiểm tra điện cực, dung dịch đệm và quy trình hiệu chuẩn
Lỗi hiệu chuẩn
- Kiểm tra máy đo, cáp, điện cực, dung dịch đệm và quy trình hiệu chuẩn
Các giá trị đo bị xê dịch
- Kiểm tra điện cực và mẫu/ứng dụng
... xem thêm trong Sổ tay hướng dẫn Lý thuyết về pH ....
3.1. Kiểm tra máy đo và cáp
3.2. Kiểm tra nhiệt độ mẫu và ứng dụng
3.3. Kiểm tra dung dịch đệm và quy trình hiệu chuẩn
Một số mẹo sử dụng dung dịch đệm
3.4. Kiểm tra điện cực
4. Lý thuyết toàn diện về pH
Trong các phần trước, các khía cạnh thực tiễn của phép đo pH đã được thảo luận. Chương này sẽ chủ yếu nói về kiến thức lý thuyết cho phép đo pH và dành cho người đọc muốn có thêm
hiểu biết cơ bản về lý thuyết pH.
Đầu tiên, lý thuyết cơ bản về pH sẽ được phát triển, sau đó chúng ta sẽ xét đến lý thuyết về cảm biến và cuối cùng một số chủ đề đặc biệt sẽ được thảo luận.
4.1 Định nghĩa về giá trị pH
Theo Sørenson, pH được định nghĩa là trừ logarit của nồng độ ion H3O+:
pH = –log [H3O+]
Từ công thức này chúng ta có thể thấy rằng nếu nồng độ ion H3O+ thay đổi mười lần, giá trị pH sẽ thay đổi một đơn vị. Điều này thể hiện tầm quan trọng của việc đo lường sự thay đổi dù nhỏ nhất trong giá trị pH của mẫu.
Lý thuyết về pH thường được mô tả với ion H+ liên quan đến giá trị pH, mặc dù ion chính xác là ion hydronium (hoặc có tên chính thức theo IUPAC là: oxonium) (H3O+):
H+ + H2O ↔ H3O+
Không chỉ axit và bazơ thể hiện sự phân ly để hình thành các ion hydronium hoặc ion hydroxide, nước tinh khiết cũng phân ly để tạo thành các ion hydronium và hydroxide:
2 H2O ↔ H3O+ + OH–
... xem thêm trong Sổ tay hướng dẫn Lý thuyết về pH ....
4.1. Định nghĩa giá trị pH
4.2. Mối tương quan giữa nồng độ và hoạt độ
4.3. Dung dịch đệm
Khả năng đệm (ß)
Giá trị loãng (ΔpH)
Hiệu ứng nhiệt độ (ΔpH/ΔT)
4.4. Chuỗi đo trong việc thiết lập phép đo pH
Điện cực pH
Điện cực tham chiếu
4.5. Hiệu chỉnh/điều chỉnh thiết lập phép đo pH
4.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ trong phép đo pH
Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của điện cực
Giao cắt đẳng nhiệt
Các hiện tượng nhiệt độ khác
Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của mẫu đo
4.7. Các hiện tượng trong trường hợp dung dịch đo đặc biệt
Lỗi bazơ
Lỗi axit
Phản ứng với chất điện phân tham chiếu
Phương tiện hữu cơ
