Indicele de hidrogen (factor pH). PH: ce este, de ce este important acest factor și cum să-l măsori folosind exemplul de pH-metre de la Hanna Instruments Influența temperaturii asupra pH-ului unei soluții

Articolele din această secțiune pot fi descărcate în format Word (text și imagini) și în format Excel (text, imagini, fragmente de calcul de lucru)

Cu toate acestea, dacă tot nu vă place să utilizați imaginile discutate în lecția anterioară, atunci puteți oferi programe scurte care funcționează în intervalul NaCl = 0--500 μg/kg și t = 10--50 oC cu o eroare de extrapolare de până la 2 μg/kg în sodiu, ceea ce este mult mai mic decât eroarea de măsurare în sine. Veți găsi aceste programe în fișierul Fragment.xls, ele au următoarea formă tabelară:

NaCl în contact cu aerul:

Dacă conținutul de dioxid de carbon din aerul camerei este mai mare decât cel calculat, atunci concentrația de NaCl calculată din aceste fragmente va fi supraestimată.

Acum despre calitatea datelor noastre. Păstrați întotdeauna informațiile originale. Dacă ați înregistrat citirile dispozitivului - conductivitate electrică sau pH - atunci notați temperatura soluției măsurate. Pentru pH, indicați dacă compensatorul de temperatură a fost pornit în timpul măsurării și, în general, uitați-vă la instrucțiunile dispozitivului pentru a vedea ce face atunci când temperatura probei se abate de la temperatura standard. Când determinați pH-ul, conductivitatea sau alcalinitatea hidratului într-o probă, în special într-o probă cu un conținut inițial ridicat de dioxid de carbon, rețineți că proba dvs. nu mai este aceeași ca atunci când a fost colectată. O cantitate necunoscută de dioxid de carbon a trecut deja din probă în aer sau invers.

Au sunat odată de la Vinnitsa și au întrebat cum să ajusteze pH-ul în funcție de temperatură. Acest lucru poate fi sau nu ceea ce ar trebui făcut la fața locului. În orice caz, înregistrați pH-ul și temperatura inițiale ale probei și furnizați o coloană separată pentru valoarea pH-ului ajustată.

Acum despre cum să reglați pH-ul. Mă tem că nici măcar o sută de înțelepți nu pot răspunde la această întrebare „simplu” în termeni generali. Acesta este, de exemplu, cum arată dependența pH-ului de temperatură pentru apa absolut pură.

La fel, dar în contact cu aerul:

Dar corecția pH-ului la temperatură pentru aceste două grafice s-a dovedit a fi aceeași:

Trecerea de la pHt măsurat la pH la t=25 °C pentru aceste grafice se poate face folosind formula:

O abordare mai riguroasă ar fi să luați nu 1 și 3 mg/l de dioxid de carbon liber, ci 1 și 3 mg/l de dioxid de carbon total (nedisociat și disociat). Dacă doriți, veți găsi acest fragment pe Sheet4, dar rezultatele pentru acest fragment nu vor diferi semnificativ de cele afișate pe această Sheet.

Rețineți că fragmentele pentru dioxid de carbon sunt date în raport cu ape în care, în afară de dioxid de carbon, nu există alcalii sau acizi și, în special, nu există amoniac. Acest lucru se întâmplă doar la unele centrale termice cu cazane de medie presiune.

Sistemul de sprijin de stat
unitatea de măsură

TITLURI STANDARD PENTRU GĂTIT
SOLUȚII TAMPON -
STANDARDE DE LUCRU pH 2 și a 3-a DIAGRAMĂ

Caracteristici tehnice și metrologice

Metode de determinare a acestora

Prefaţă

Au fost stabilite scopurile, principiile de bază și procedura de bază pentru realizarea lucrărilor privind standardizarea interstatală GOST 1.0-92„Sistem de standardizare interstatală. Dispoziții de bază” și GOST 1.2-97„Sistem de standardizare interstatală. Standarde interstatale, reguli și recomandări pentru standardizarea interstatală. Procedura de dezvoltare, adoptare, aplicare, actualizare si anulare”

Informații standard

1 DEZVOLTAT de Întreprinderea Unitară Federală de Stat „Institutul de Cercetare Științifică din Rusia de Măsurări Fizice, Tehnice și Radio” (FSUE „VNIIFTRI”) a Agenției Federale pentru Reglementare Tehnică și Metrologie

2 INTRODUS de Agenția Federală pentru Reglementare Tehnică și Metrologie

3 ADOPTAT de Consiliul Interstatal de Standardizare, Metrologie si Certificare (Protocolul nr. 26 din 8 decembrie 2004)

4 Prin Ordinul Agenției Federale pentru Reglementare Tehnică și Metrologie din 15 aprilie 2005 nr. 84-st, standardul interstatal GOST 8.135-2004 a fost pus în aplicare direct ca standard național al Federației Ruse la 1 august 2005.

6 REPUBLICARE. decembrie 2007

Informațiile privind intrarea în vigoare (încetarea) acestui standard și modificările aduse acestuia sunt publicate în indexul „Standarde naționale”.

Informațiile despre modificările aduse acestui standard sunt publicate în indexul (catalog) „Standarde naționale”, iar textul modificărilor este publicat în panouri informative „Standarde naționale”. În cazul revizuirii sau anulării acestui standard, informațiile relevante vor fi publicate în indexul de informații „Standarde naționale”

STANDARD INTERSTATAL

Data introducerii - 2005-08-01

1 domeniu de utilizare

Acest standard se aplică titrurilor standard, care sunt cantități cântărite precise de substanțe chimice în flacoane sau fiole, destinate preparării soluțiilor tampon cu anumite valori ale pH-ului și stabilește caracteristicile tehnice și metrologice și metodele de determinare a acestora.

2 Referințe normative

Acest standard folosește referințe normative la următoarele standarde:

3.4 Titrurile standard sunt preparate cu cantități cântărite de substanțe chimice necesare pentru prepararea a 0,25; 0,50 și 1 dm 3 soluție tampon. Masa nominală a unei probe de substanță necesară pentru prepararea a 1 dm 3 dintr-o soluție tampon este dată în tabel.

tabelul 1

3.5 Masele de substanțe cântărite în titruri standard trebuie să corespundă valorilor nominale cu o abatere admisă de cel mult 0,2%. Masele de substanțe cântărite în titruri standard pentru prepararea soluțiilor saturate de acid tartrat de potasiu și hidroxid de calciu trebuie să corespundă valorilor nominale cu o abatere admisă de cel mult 1%.

3.6 Soluțiile tampon preparate din titruri standard trebuie să reproducă valorile nominale ale pH-ului prezentate în tabel.

Abaterile permise de la valoarea nominală a pH-ului nu trebuie să depășească următoarele limite:

± 0,01 pH - pentru soluții tampon - standarde de pH de lucru din categoria a 2-a;

± 0,03 pH - pentru soluții tampon - standarde de pH de lucru din categoria a 3-a.

3.7 Titrurile standard pot fi preparate sub formă de cantități cântărite de pulberi de substanțe chimice și sub formă de soluții apoase ale acestora (titruri standard cu acid acetic - numai sub formă de soluții apoase), ambalate în sticle închise ermetic sau închise în sticlă. fiole.

Pentru a prepara soluții apoase, folosiți apă distilată conform GOST 6709.

3.8 Cerințe privind ambalarea, ambalarea, etichetarea și transportul titrurilor standard - conform condițiilor tehnice pentru titruri standard specifice.

3.9 Documentația operațională pentru titrurile standard trebuie să conțină următoarele informații:

Scop: categoria (a 2-a sau a 3-a) de standarde de pH de lucru - soluții tampon preparate din titruri standard;

Valoarea nominală a pH-ului soluțiilor tampon la 25 °C;

Volumul soluțiilor tampon în decimetri cubi;

Metodologia (instrucțiunile) de preparare a soluțiilor tampon din titruri standard, elaborată în conformitate cu anexa acestui standard;

Perioada de valabilitate a titrului standard.

4 Metode de determinare a caracteristicilor titrurilor standard

4.1 Numărul de probenpentru a determina caracteristicile fiecărei modificări, titrurile standard sunt selectate în funcție deGOST 3885 în funcție de volumul lotului de titruri standard ale acestei modificări, dar cel puțin trei mostre de titruri standard în fiole (pentru determinarea pH-ului) și cel puțin șase probe în flacoane (3 pentru determinarea masei, 3 pentru determinarea pH-ului).

4.2 Instrumentele de măsurare utilizate trebuie să aibă certificate de verificare (certificate) cu o perioadă de verificare valabilă.

4.3 Măsurătorile se efectuează în condiții normale:

temperatura aerului ambiant, °C 20 ± 5;

umiditatea relativă a aerului, % de la 30 la 80;

presiunea atmosferică, kPa (mm Hg) de la 84 la 106 (de la 630 la 795).

4.4 Masa unei probe dintr-o substanță chimică într-o sticlă 1) este determinată de diferența dintre masa sticlei cu proba și masa unei sticle goale, curate. Măsurătorile masei probei și ale masei sticlei se efectuează cu o eroare de cel mult 0,0005 g pe o balanță analitică (clasa de precizie nu mai mică de 2 conform GOST 24104).

1) Într-o fiolă de sticlă, masa unei probe de titrul standard nu este determinată.

4.4.1 Abaterea D i, %, greutatea probei din valoarea nominală a greutății pentru fiecare dintre probe se determină prin formula

Unde m nom- masa nominală a unei probe de substanță chimică inclusă în titrul standard (vezi tabel);

i

m i- rezultatul măsurării maseii eșantionul ( i = 1 ... n), G.

4.4.2 Dacă pentru cel puţin una dintre probe valoarea D iva fi mai mare de 0,2% (și pentru titrurile standard pentru prepararea soluțiilor tampon saturate - mai mult de 1%), atunci lotul de titruri standard din această modificare va fi respins.

4.5.1 Valoarea pH-ului unei soluții tampon - un standard de pH de lucru din categoria a 2-a, preparat dintr-un titru standard, se determină folosind un standard de pH de lucru din categoria I ( GOST 8.120) la temperatura soluțiilor tampon (25 ± 0,5) °C în conformitate cu metodele de efectuare a măsurătorilor pH-ului cuprinse în documentele de reglementare ale etalonului de pH de lucru din categoria I.

4.5.1.1 Abaterea pH-ului de la valoarea nominală ( D pH) i, determinat de formula

Unde i- numărul probei de titru standard;

pH nom - valoarea pH nominală a soluției tampon conform tabelului;

pH i - rezultatul măsurării valorii pH-uluii eșantionul ( i = 1 ... n).

4.5.1.2 Dacă valoarea ( D pH) ipentru fiecare dintre soluțiile tampon nu este mai mare de 0,01 pH, atunci titrurile standard ale acestui lot sunt considerate adecvate pentru prepararea unui standard de pH de lucru din categoria a 2-a.

Dacă valoarea (D pH) ipentru fiecare dintre soluțiile tampon nu este mai mare de 0,03 pH, atunci titrurile standard ale acestui lot sunt considerate adecvate pentru prepararea unui standard de pH de lucru din categoria a 3-a.

(D pH) i

4.5.4 Valoarea pH-ului soluției tampon - standardul de pH de lucru din categoria a 3-a, preparat din titrul standard, este determinat de pH-metrul standard din categoria a 2-a ( GOST 8.120) în conformitate cu instrucțiunile de utilizare ale pH-metrului la temperatura soluțiilor tampon (25 ± 0,5) °C.

4.5.2.1 Abaterea pH-ului de la valoarea nominală ( D pH) i determinat de .

4.5.2.2 Dacă valoarea ( D pH) ipentru fiecare dintre soluțiile tampon nu este mai mare de 0,03 pH, atunci titrurile standard ale acestui lot sunt considerate adecvate pentru prepararea unui standard de pH de lucru din categoria a 3-a.

Dacă pentru cel puţin una dintre soluţiile tampon(D pH) iva fi mai mare de 0,03 pH, apoi măsurătorile se repetă pe de două ori numărul de probe.

Rezultatele măsurătorilor repetate sunt finale. Dacă rezultatele sunt negative, lotul de titruri standard este respins.

Anexa A
(necesar)

Produsele chimice pentru titruri standard sunt obținute prin purificarea suplimentară a reactivilor chimici de grad cel puțin analitic. Reactivii chimici de puritate specială și calificări de calitate chimică pot fi utilizați fără purificare suplimentară. Cu toate acestea, criteriul final pentru adecvarea lor pentru titrurile standard este valoarea pH-ului soluțiilor tampon preparate din titruri standard. Pentru purificarea substanțelor, este necesar să se utilizeze apă distilată (denumită în continuare apă) cu o conductivitate electrică specifică de cel mult 5× 10 -4 cm × m -1 la o temperatură de 20 °C GOST 6709.

A.1 Tetraoxalat de potasiu 2-apă KH 3 (C 2 O 4) 2× 2H2O este purificat prin dublă recristalizare din soluții apoase la o temperatură de 50 °C. Uscați într-un dulap de uscare cu ventilație naturală la o temperatură de (55± 5) °C până la greutate constantă.

A.2 Hidrodiglicolat de sodiu (oxidiacetat) C4H5O5Na uscat la o temperatură de 110 ° C până la greutate constantă. Dacă reactivul chimic nu este disponibil, atunci hidrodiglicolatul de sodiu se obține prin neutralizarea pe jumătate a acidului corespunzător cu hidroxid de sodiu. După cristalizare, cristalele sunt filtrate pe un filtru de sticlă poroasă.

A.3 Acid tartrat de potasiu (tartrat de potasiu) KNS 4 H 4 O 6 se purifică prin dublă recristalizare din soluții apoase; uscat în cuptor la o temperatură (110± 5) °C până la greutate constantă.

A.4 Hidroftalatul de potasiu (acid ftalat de potasiu) KNS 8 H 4 O 4 se purifică prin dublă recristalizare din soluții apoase fierbinți cu adăugare de carbonat de potasiu în timpul primei recristalizări. Se filtrează cristalele precipitate la o temperatură nu mai mică de 36 °C. Uscați într-un dulap de uscare cu ventilație naturală la o temperatură de (110± 5) °C până la greutate constantă.

A.5 Acid acetic CH 3 COOH ( GOST 18270) se curăță în unul dintre următoarele moduri:

a) distilare cu adăugarea unei cantități mici de acetat de sodiu anhidru;

b) congelare dublă fracționată (după finalizarea procesului de cristalizare, faza lichidă în exces este îndepărtată).

A.6 Acetat de sodiu 3-apă (acetat de sodiu) CH 3 COONa × 3H2O ( GOST 199) se purifică prin dublă recristalizare din soluții apoase fierbinți, urmată de calcinarea sării la o temperatură (120°C).± 3) °C până la greutate constantă.

A.7 Fosfat de piperazină C 4H10N2H3PO4 × H2O este sintetizat din piperazină și acid fosforic ( GOST 6552), purificat prin recristalizare triplă din soluții de alcool. Se usucă peste gel de silice la întuneric într-un esicator până la greutate constantă.

A.8 Fosfat de potasiu monosubstituit (fosfat dihidrogen de potasiu) KH 2 PO 4 ( GOST 4198) se purifică prin dublă recristalizare dintr-un amestec apă-etanol cu ​​un raport de volum de 1: 1 și uscare ulterioară într-un cuptor la o temperatură de (110°C).± 5) °C până la greutate constantă.

A.9 Fosfat de sodiu disubstituit 12-apă (monohidrogenofosfat de sodiu) Na2HPO4 (anhidru) obținut din sare 12-hidrat Na2HP04x 12H2O ( GOST 4172) prin recristalizare triplă din soluții apoase fierbinți. Uscați (deshidratați) într-un dulap de uscare cu ventilație naturală în etape în următoarele moduri:

La (30 ± 5) °C - până la greutate constantă

La (50 ± 5) °С - » » »

La (120 ± 5)°С - » » »

A.10 Tris-(hidroximetil)-aminometan ( HOCH2)3CNH2 se usucă la 80 °C în cuptor până la greutate constantă.

A.11 Clorhidrat de tris-(hidroximetil)-aminometan ( HOCH2)3CNH2HCI se usucă la 40 °C în cuptor până la greutate constantă.

A.12 Tetraborat de sodiu 10-apă Na 2 B 4 O 7 × 10H2O ( GOST 4199) se purifică prin recristalizare de trei ori din soluții apoase la o temperatură de (50± 5) °C. Se usucă la temperatura camerei timp de două până la trei zile. Prepararea finală a tetraboratului de sodiu se realizează prin păstrarea sării într-o cană de sticlă-grafit (cuarț, platină sau fluoroplastic) într-un desicator peste o soluție saturată dintr-un amestec de clorură de sodiu și zaharoză sau o soluție saturată. KBr la temperatura camerei până la greutate constantă.

A.13 Carbonat de sodiu Na 2 CO 3 (GOST 83) se purifică prin recristalizare de trei ori din soluții apoase, urmată de uscare în cuptor la o temperatură de (275± 5) °C până la greutate constantă.

A.14 Acid carbonat de sodiu NaHC03 (GOST 4201) se purifică prin recristalizare triplă din soluții apoase cu barbotare de dioxid de carbon.

A.15 Hidroxidul de calciu Ca(OH) 2 se obține prin calcinarea carbonatului de calciu CaCO 3 ( GOST 4530) la temperatura (1000± 10) °C timp de 1 oră Oxidul de calciu CaO rezultat este răcit în aer la temperatura camerei și încet, în porții mici, se toarnă cu apă cu agitare constantă până se obține o suspensie. Suspensia se încălzește până la fierbere, se răcește și se filtrează printr-un filtru de sticlă, apoi se scoate din filtru, se usucă într-un essicator cu vid până la o greutate constantă și se măcina până la o pulbere fină. Depozitați într-un esicator.

Anexa B
(informativ)

La un moment dat, primul meu acvariu marin a fost o capodopera. Era un acvariu de 20 de galoane din sticlă ținut împreună cu lipici siliconic. Sistemul de filtrare a constat din filtre pneumatice cu nisip. Sarcina mea a fost să-i întrețin pe cei doi locuitori ai săi (peștele domicile Beau Gregory - Stegastes leucostictus- și anemonă de mare Condilacta) cât mai fericiți (ceea ce, având în vedere lipsa mea de experiență și resurse limitate, a însemnat să-i mențin în viață). O comandă mare pentru un copil de 9 ani, era 1964. Mentorul meu, doamna Perry de la Cobb Pets, mi-a spus să verific gravitatea specifică a apei și pH-ul. Greutatea specifică a fost destul de simplă (doar să aruncați hidrometrul în rezervor și să faceți un semn la un anumit nivel în timp ce adăugați apă proaspătă), dar pH-ul a fost puțin mai complicat. Acest parametru a fost testat prin adăugarea unui lichid colorat într-o sticlă care conține o probă de apă de acvariu. Ca prin magie, culoarea probei de apă a fost schimbată și apoi comparată folosind o diagramă de comparație constând dintr-o serie de pătrate colorate. Pe baza testelor mele inițiale, a trebuit să adaug bicarbonat de sodiu pentru a crește nivelul pH-ului. Plin de simțul datoriei, am făcut exact asta - fără schimbări. Am continuat procesul până am adăugat întreg pachetul de bicarbonat de sodiu.

Nu voi ști niciodată ce a cauzat moartea peștelui meu și a anemonei de mare, dar incidentul a avut loc imediat după episodul descris. Pe lângă faptul că totul s-a terminat foarte trist pentru animalele mele de companie, situația a fost devastatoare pentru mine. Toată munca mea, pentru care primeam un dolar pe săptămână, era la gunoi. Pentru a înrăutăți lucrurile, am fost responsabil pentru moartea locuitorilor. Le-am îngropat pe malul acoperit cu ferigi al pârâului care curgea prin curtea noastră. Acum cred că reactivul lichid a expirat, prin urmare rezultatele au fost incorecte. A fost o lecție foarte instructivă.

De-a lungul anilor situația nu s-a schimbat prea mult. Ignorarea semnificației acestui parametru cheie și a modalităților de verificare a indicatorilor, lipsa interpretării corecte și a măsurilor necesare pot și vor duce la consecințe grave. Ceea ce s-a schimbat semnificativ este disponibilitatea pe piață și accesibilitatea metodelor și instrumentelor de măsurare a pH-ului. În acest articol ne vom uita la unele dintre ele, comparând avantajele și dezavantajele lor.

Determinarea pH-ului

Figura 1. Scara pH-ului este logaritmică și reprezintă gradul de activitate al ionilor de hidrogen.

În funcție de sursă, pH înseamnă „potențial de hidrogen” sau termenul francez „pouvoir hydrogène”, care înseamnă „energie hidrogen”.

Importanța măsurării pH-ului

măsurarea pH-ului

Hârtie de turnesol
Turnesolul este un material derivat din licheni (numele provine de la cuvântul norvegian vechi litmosi, care înseamnă „vopsea” și „mușchi/lichen”). Acest derivat de turnesol își schimbă culoarea în mod previzibil atunci când este expus la diferite niveluri de pH. Această sensibilitate face din turnesol un mod simplu și ieftin de a determina pH-ul. Hârtia de turnesol este hârtie la care s-au adăugat acești coloranți solubili în apă, iar schimbarea culorii cauzată de scufundarea hârtiei de turnesol într-o probă de apă indică un mediu acid sau alcalin. Intervalul de măsurare a pH-ului de lucru este de aproximativ 5 - 8. Testele de schimbare a culorii trebuie efectuate cu iluminare cu spectru complet.

Figura 2. Hârtia de turnesol este un mod ieftin, dar aproximativ, de a măsura pH-ul.

Avantaje: ieftin (aproximativ 5 SUA). Rapid, ușor de utilizat.

Dezavantaje: Oferă indicatori aproximativi. Culoarea probei de apă, agenții reducători și agenții oxidanți influențează rezultatul. Interpretarea rezultatelor necesită o viziune ascuțită. Reactivul are o perioadă de valabilitate limitată.

Coloranți indicatori
Există foarte puțini astfel de indicatori de pH. Ele pot fi achiziționate sub formă de pulbere sau lichidă. Ele sunt utilizate de obicei în testele care implică titrare. Mai jos sunt caracteristicile unora dintre ele:

Fenolftaleină: un indicator acid/bazic care devine incolor în condiții acide și roz-roșu în condiții alcaline. Interval de măsurare de la ~8,3 până la 10.

Portocala de metil (heliantina, colorant acid azoic): își schimbă culoarea de la galben la roșu la niveluri de pH în jurul valorii de 3,7.

Meta-Cresol Violet: galben-portocaliu la 7,4 și își schimbă culoarea în violet la niveluri mai mari de pH (până la aproximativ 8,8.)

Albastru de bromotimol: albastru la 7,5, verzui la ~6,2 - 6,8 și galben la aproximativ 6.

Indicator universal: Combină mai mulți indicatori pentru a permite evaluarea unui interval larg de pH.

Figura 3. Acest test de pH API folosește violetul meta-crezol ca indicator.
Este recomandabil să se evalueze schimbările de culoare în lumina naturală pe un fundal alb.

Avantaje: relativ ieftin (~10 USD) Unii coloranți pot fi utilizați pentru a efectua alte teste (de exemplu, alcalinitatea) fără a fi nevoie de un electrod de pH atunci când se utilizează un reactiv.

Dezavantaje: La fel ca și cu hârtia de turnesol. Unii coloranți au un interval limitat de pH. Rezultatele pot fi afectate de turbiditatea și/sau culoarea lichidului de testare. Comparațiile trebuie făcute pe un fundal alb la iluminare cu spectru complet. Reactivii au o perioadă de valabilitate limitată - trebuie să existe o ștampilă cu data de expirare.

electrozi de pH
Știu că este greu de imaginat pentru acvariştii noi, dar acum 30 de ani, acvariştii din afara Europei au auzit cu greu de folosirea electrozilor de pH. Acest lucru sa schimbat în anii 1980, când o companie germană (Dupla GmbH) a început să exporte echipamente avansate în America de Nord. Astăzi, pH-metrele sunt folosite peste tot. Disponibilitatea dispozitivelor și concurența dintre producători au contribuit la faptul că prețul a devenit destul de accesibil.

Electrodul PH este un senzor selectiv de ioni de hidrogen (H+). Electrozii de pH folosesc de fapt doi electrozi, o sondă (electrodul indicator) și un electrod de referință. De obicei, acești doi electrozi sunt amplasați într-o singură carcasă („corp”) a electrodului. La capătul corpului electrodului, sonda are un strat subțire de sticlă sensibilă la hidrogen. Tensiunea sondei se modifică în funcție de activitatea ionilor de hidrogen (tensiunea crește în mediu acid și scade în mediu alcalin). Electrodul de referință oferă o tensiune constantă pe care o folosim pentru a determina diferența cu sonda. Răspunsul total în mV este trimis la un dispozitiv de măsurare (contor), unde este convertit într-o valoare pH.

Structura și terminologia senzorului
Pentru a înțelege cum funcționează un electrod de pH, este necesar să înțelegeți unii dintre termenii care sunt utilizați pentru a descrie designul său și alții.

Carcasă (corp electrod): un tub tubular care conține părțile de lucru ale electrodului de pH. Carcasa poate fi din sticlă sau din plastic rezistent chimic, cum ar fi polieterimidă.

Tampon: În cazul nostru, o soluție standard care prezintă pH acid, neutru sau alcalin este utilizată pentru calibrarea pH-metrului. Pentru ușurința identificării, unele soluții tampon sunt codificate cu culori.

Calibrare: Procesul de verificare sau ajustare a calibrării unui instrument analitic.

Conexiune (articulație, joncțiune): Combinație a două părți; în acest caz, materialul de testat și soluția internă de control. Conexiunile sunt realizate din diverse materiale; Materialele trebuie să fie poroase pentru a permite soluției de control să treacă prin ele. În mod obișnuit, se utilizează ceramică, țesătură etc. Există electrozi cu una, două și conexiuni inelare.

Frit: sticlă sau ceramică parțial topită, uneori folosită ca îmbinare.

ATC: Compensare automată a temperaturii. Deoarece pH-ul unei soluții depinde de temperatură, ATC corectează efectele temperaturii. ATC necesită un senzor de temperatură, care poate fi încorporat în electrod lângă becul de sticlă.

Electrod de referință: un electrod care furnizează o tensiune cunoscută, constantă; de obicei realizate din sârmă de clorură de argint și umplute cu un electrolit tampon.
Sondă: sârmă de clorură de argint într-un tub cu un bec de sticlă sensibil la pH la capăt.

Figura 4. Părți interne ale unui electrod de pH.
Pentru claritate, carcasa de protecție (capacul) care înconjoară balonul fragil de sticlă nu este prezentată.
Unii electrozi de pH au o conexiune pe lateral

Scurtă prezentare generală a pH-metrelor

Toate pH-metrele Hanna analizate vin cu un tampon de calibrare, soluție de curățare a electrozilor și o cutie de transport. Să începem recenzia noastră cu:

Verificator pH (HI98103)

Figura 5. Verificator de pH accesibil de la Hanna Instruments.

Interval: 0 până la 14 unități

Rezoluție: 0,1 unități

Precizie: ±0,2 unități

Puncte de calibrare (gradare): Două; pH 4,01, 7,01 sau 10,01

Compensare automată a temperaturii: Niciuna

Măsurarea temperaturii/Afișaj: Niciuna

Sondă înlocuibilă: Da

Diametrul electrodului: 8 mm (~5/16")

Dimensiune LCD: 3/8" (~10 mm)

Baterie: 1-CR2032; resurse aproximativ 1.000 de ore.

Senzor de pH și temperatură pHep (HI98107)

Figura 6. Dispozitiv pHep cu tampon de calibrare în carcasa lui.

Interval: 0 până la 14 unități

Rezoluție: 0,1 unități

Precizie: ±0,1 unități

Puncte de calibrare: trei; pH 4,01, 7,01 și 10,01 (prezentat 4,01 și 10,01)

Senzor înlocuibil: Da

Dimensiune LCD: 0,3125" sau ~8 mm

Baterie: 1-CR2032; aproximativ 800 de ore.

Senzor de pH și temperatură rezistent la apă pHep5 (HI98128)

Figura 7. pHep oferă multe funcții: măsurarea pH-ului și a temperaturii, ATC; și plutește la suprafața apei!

Interval: -2 până la 16 unități

Rezoluție: 0,01 unități

Precizie: ±0,05 unități

Puncte de calibrare: Două opțiuni: 4.01, 7.01, 10.01 sau 6.86, 9.18.

Compensare automată a temperaturii: Da

Afișarea temperaturii: Da, poate fi reglată în °F sau °C, cu o precizie de ±0,5 °C.

Sondă înlocuibilă: Da

Dimensiune LCD: 0,3125" sau ~8 mm (dimensiunea caracterelor)

Baterie: baterii 4-1.5v; aproximativ 300 de ore

pH-metru fără fir HALO (HI12302)

Figura 8: Poate cel mai avansat electrod de pH de pe piață, electrodul fără fir HALO.

Opțiunile de sondă includ sferice (universale și acvatice), conice (pentru alimente, materiale semi-solide, sol etc.) și vârf plat (pentru piele, hârtie etc.) Carcasa din plastic HALO din polieterimidă (PEI) este aprobată pentru contactul cu alimentele și este impermeabil la orice ar putea folosi reeferul (cu excepția cazului în care faceți din plin și dozați hidrocarburi aromatice și/sau solvenți parțial halogenați în sistemul dvs.).

Interval: 0 până la 14 unități

Rezoluție: reglabilă de utilizator: 0,1, 0,01 sau 0,001 unități.

Precizie: ±0,005 unități

Puncte de calibrare: șapte; pH 1,68, 4,01, 6,86, 7,01, 91,8, 10,01 și 12,45.

Compensare automată a temperaturii: Da

Sondă înlocuibilă: Niciuna

Diametrul electrodului: 12 mm (~1/2")

Înregistrare date: Da

Baterie: baterie cu litiu, 500h.

Figura 10: În modul de înregistrare a datelor, citirile pH obținute cu electrodul HALO pot fi vizualizate ca un tabel sau...

Figura 11. ...sub formă de grafic. Se pot face adnotări și datele pot fi transferate în foi de calcul Excel.

Puteți verifica dacă telefonul sau tableta dvs. sunt compatibile cu HALO aici: http://hannainst.com/halo
Mai multe informații despre produsele Hanna Instruments pot fi găsite aici: http://hannainst.com
Toți senzorii și electrozii Hanna vin cu o garanție de 6 luni.

Alte considerații

Conectori (adaptoare)
Dispozitivele de pH cu electrozi separați trebuie conectate la dispozitiv folosind un conector (cu excepția cazului în care vorbiți despre dispozitive cu o conexiune wireless, cum ar fi Hanna HALO.) Și, deși acest lucru pare minor, poate avea consecințe de lungă durată și, posibil, costisitoare. Unii producători folosesc conectori specializați pentru a asigura utilizarea și achiziționarea pe termen lung a electrozilor pe care îi produc. Cel mai comun este conectorul de conectare rapidă Bayonet Neill-Concelman (BNC). Conectorul SUA este mai puțin comun. Unele dispozitive fabricate în Europa folosesc conectorul S7.

Conexiuni
Conexiunea în electrodul de pH este punctul de intersecție (întâlnire) a două lumi - soluția internă a senzorului și proba de testare. Există termeni specializați folosiți pentru a descrie compuși, structura și geometria acestora. După cum sa discutat, conexiunile permit soluției electrodului de control să curgă în soluția de testare. În acest sens, ele sunt supuse contaminării și se înfundă, mai ales în cazul probelor uleioase, sau a probelor cu conținut ridicat de proteine ​​sau suspensii (soluții cu suspensie). Unii electrozi folosesc o conexiune tisulară. Electrozii mai scumpi folosesc materiale ceramice poroase. Unele conexiuni sunt realizate din plastic PTFE (politetrafluoretilenă) și sunt proiectate pentru utilizare în medii dure, inclusiv medii cu conținut ridicat de hidrocarburi. Îmbinările din PTFE sunt uneori destul de mari și seamănă cu un inel în jurul unui bec de sticlă (articulațiile ceramice sunt de obicei mici, de numai aproximativ 1 milimetru în diametru). Orice conexiune se poate contamina.

Din fericire, pentru acvaristii de recif, senzorii universali de pH cu conexiuni din material sau ceramica sunt destul de potriviti.

Curățarea electrozilor de pH
Merită întotdeauna să ne amintim că electrozii sunt instrumente pentru cercetarea științifică și necesită îngrijire adecvată. Și deși corpul din plastic este destul de durabil, becul de sticlă este foarte fragil - manipularea neatentă poate duce la spargerea acestuia. Electrozii care sunt utilizați doar ocazional nu necesită curățare frecventă; totuși, dacă electrodul tău este scufundat în mod constant în „supă organică” (ca în unele acvarii), acvariştii sunt sfătuiți să curețe electrodul în mod regulat. Se întâmplă ca sonda să fie acoperită cu murdărie biologică și proteine. Furajele (și defecțiunile catastrofale ale pompelor submersibile) adaugă grăsimi în apa din acvariu, ceea ce contribuie și la contaminarea electrozilor. Din fericire, soluțiile de curățare pot ajuta la menținerea funcționalității electrodului. Urmați instrucțiunile producătorului. Nu frecați electrodul - ștergeți-l întotdeauna pentru a preveni descărcarea statică.

Electrozi cu gel reîncărcabili și nereîncărcabili
Unii electrozi pot fi reumpluți cu soluții special formulate, în timp ce alți electrozi sunt umpluți cu gel. În general, senzorii cu gel răspund mai lenți la modificările nivelului pH-ului. Majoritatea senzorilor destinati utilizarii in acvarii sunt umpluti cu gel.

Calibrare
Calibrarea corectă a electrodului de pH este esențială pentru a obține rezultate precise. Procesul este simplificat dacă instrumentul oferă compensare automată a temperaturii (ATC). Figurile 12-14 oferă exemple de efectul temperaturii asupra unui standard de calibrare.

Figura 12. Efectul temperaturii asupra tamponului ftalat hidrogen de potasiu 4.01.

Figura 13. Efectul temperaturii asupra pH-ului tamponului fosfat dihidrogen de potasiu/fosfat dihidrogen de sodiu (6,865). Din fericire, calibrarea temperaturii camerei este destul de precisă atunci când se utilizează un instrument non-ATC.

Figura 14: pH-ul unui tampon dat (bicarbonat de sodiu/carbonat de sodiu) poate fi afectat de temperatură (un alt caz pentru utilizarea unui dispozitiv ATC.) Dioxidul de carbon din atmosferă afectează soluția în timp.

Calibrarea corectă a unui electrod de pH necesită puțină răbdare și atenție la detalii. Senzorii noi ar trebui să fie hidratați corespunzător (consultați manualul dispozitivului). Deși este posibilă o calibrare cu un singur punct, este recomandabil să se efectueze o calibrare în 2 puncte (între care nivelul de pH așteptat ar trebui să scadă). Pentru acvariile de recif, utilizați tampoanele 7.01 și 9 sau 10. Vă rugăm să rețineți că unele dispozitive sunt capabile să recunoască automat tampoanele și, prin urmare, necesită utilizarea unor soluții speciale. Înainte de calibrare, verificați electrodul pentru orice deteriorare (în special becul de sticlă). Balonul de sticlă trebuie să fie lipsit de orice murdărie biologică. Dacă este disponibilă, utilizați soluția de curățare recomandată de producător. Curățarea corespunzătoare va elimina murdăria biologică, grăsimile, contaminanții proteici etc. Electrodul, dacă este reîncărcat, trebuie umplut cu soluția recomandată de producător. Când electrodul este curat și în stare bună, puneți-l în prima soluție de calibrare. Asigurați-vă că becul de sticlă al electrodului și conexiunea sunt complet scufundate în soluția de calibrare (folosesc un pahar de 30 mm unde 7 mm de tampon sunt suficiente pentru calibrare). Se amestecă energic soluția cu electrodul (dacă nu este disponibil un agitator magnetic) și se așteaptă până când temperatura electrodului și a soluției sunt egalizate. Introduceți valoarea în memoria dispozitivului (de obicei, trebuie să apăsați butonul când dispozitivul este în modul de calibrare). Clătiți electrodul cu apă distilată și ștergeți cu un șervețel (de preferință folosind șervețele de laborator, cum ar fi Kimwipes). NU ștergeți NICIODATĂ electrozii cu hârtie - aceasta poate crea tensiune statică care poate afecta calibrarea și, prin urmare, citirile. În cazul unui singur punct de calibrare, procesul este complet. În cazul a 2 sau 3 puncte de calibrare, procedura trebuie repetată. Când măsurați pH-ul unei probe de apă, amestecați soluția manual sau folosind un agitator și lăsați timp pentru compensarea temperaturii. În practica de laborator, se recomandă înregistrarea pH-ului și a temperaturii.

Îmbătrânirea tamponurilor de calibrare
Ca și în cazul majorității substanțelor chimice, soluțiile tampon de pH se deteriorează în timp. Unele tampoane sunt fabricate pentru a fi rezistente la schimbare și au o durată lungă de valabilitate (câțiva ani). Alegeți tampoane care au o dată de expirare indicată pe ambalaj. Tampoanele carbonatice tind să aibă o durată de valabilitate mai scurtă decât tampoanele alcaline sau acide din cauza expunerii la dioxidul de carbon din aer. Tampoanele care au intrat în contact cu electrodul în timpul calibrării trebuie aruncate. Dacă observați că tamponul este acoperit cu mucegai (de obicei, acest lucru este valabil pentru tampoane în intervalul de aproximativ 4), aruncați-l. Nu utilizați soluții tampon pentru a regla pH-ul acvariului dvs.

Depozitarea electrozilor de pH
Senzorii de pH trebuie depozitați corect. Cel mai important lucru este că balonul de sticlă trebuie să rămână hidratat. În al doilea rând, soluția inițială nu ar trebui să permită osmoza între soluția în sine și soluția/gelul intern al electrodului. În plus, trebuie să conțină o componentă antimicrobiană pentru a preveni formarea mucegaiului și a murdăririi.
Tampoanele necesare pentru calibrarea pH-ului, soluțiile stoc și accesoriile pot fi vizualizate aici: http://hannainst.com/ph-solutions

Bloguri și resurse Hanna Instruments pH

Valoarea pH-ului, pH(lat. pondus hydrogenii- „greutatea hidrogenului”, pronunțată "peh") este o măsură a activității (în soluții foarte diluate echivalente cu concentrația) ionilor de hidrogen dintr-o soluție, care exprimă cantitativ aciditatea acesteia. Egal ca mărime și semn opus cu logaritmul zecimal al activității ionilor de hidrogen, care este exprimat în moli pe litru:

Istoricul valorii pH-ului.

Concept Valoarea pH-ului introdus de chimistul danez Sørensen în 1909. Se numește indicatorul pH (după primele litere ale cuvintelor latine potentia hydrogeni- puterea hidrogenului, sau pondus hydrogeni- greutatea hidrogenului). În chimie prin combinație pX de obicei desemnează o cantitate care este egală cu jurnalul X, și scrisoarea Hîn acest caz, notați concentrația de ioni de hidrogen ( H+), sau, mai degrabă, activitatea termodinamică a ionilor de hidroniu.

Ecuații referitoare la pH și pOH.

Afișează valoarea pH-ului.

În apă pură la 25 °C concentrația ionilor de hidrogen ([ H+]) și ioni de hidroxid ([ OH− ]) se dovedesc a fi identice și egale cu 10 −7 mol/l, aceasta rezultă clar din definiția produsului ionic al apei, egal cu [ H+] · [ OH− ] și este egal cu 10 −14 mol²/l² (la 25 °C).

Dacă concentrațiile a două tipuri de ioni într-o soluție sunt aceleași, atunci se spune că soluția are o reacție neutră. Când se adaugă un acid în apă, concentrația de ioni de hidrogen crește, iar concentrația de ioni de hidroxid scade atunci când se adaugă o bază, dimpotrivă, conținutul de ioni de hidroxid crește, iar concentrația de ioni de hidrogen scade. Când [ H+] > [OH− ] se spune că soluția se dovedește a fi acidă, iar când [ OH − ] > [H+] - alcalin.

Pentru a face mai convenabil să vă imaginați, pentru a scăpa de exponentul negativ, în loc de concentrațiile de ioni de hidrogen, utilizați logaritmul lor zecimal, care este luat cu semnul opus, care este exponentul de hidrogen - pH.

Un indicator al bazicității unei soluții pOH.

Reversul este puțin mai puțin popular pH mărimea - indicele de bazicitate a soluției, pOH, care este egal cu logaritmul zecimal (negativ) al concentrației de ioni din soluție OH − :

ca în orice soluție apoasă la 25 °C, ceea ce înseamnă la această temperatură:

Valorile pH-ului în soluții cu aciditate diferită.

• Contrar credinței populare, pH poate varia dincolo de intervalul 0 - 14 și poate depăși și aceste limite. De exemplu, la o concentrație de ioni de hidrogen [ H+] = 10 −15 mol/l, pH= 15, la o concentrație de ion hidroxid de 10 mol/l pOH = −1 .

Deoarece la 25 °C (condiții standard) [ H+] [OH − ] = 10 −14 , atunci este clar că la o asemenea temperatură pH + pHOH = 14.

Deoarece în soluții acide [ H+] > 10 −7 , ceea ce înseamnă că pentru soluțiile acide pH < 7, соответственно, у щелочных растворов pH > 7 , pH soluții neutre este egală cu 7. La temperaturi mai ridicate, constanta de disociere electrolitică a apei crește, ceea ce înseamnă că produsul ionic al apei crește, atunci acesta va fi neutru pH= 7 (care corespunde concentrațiilor crescute simultan ca H+, asa de OH−); cu scăderea temperaturii, dimpotrivă, neutru pH crește.

Metode de determinare a valorii pH-ului.

Există mai multe metode pentru a determina valoarea pH solutii. Indicele de hidrogen este estimat aproximativ folosind indicatori măsurați cu precizie; pH-metru sau determinat analitic prin efectuarea titrarii acido-bazice.

1. Pentru o estimare aproximativă a concentrației ionilor de hidrogen, acesta este adesea folosit indicatori acido-bazici- substanțe colorante organice, de a căror culoare depinde pH mediu inconjurator. Cei mai populari indicatori: turnesol, fenolftaleină, metil portocală (metil portocaliu), etc. Indicatorii pot fi în 2 forme colorate diferit - fie acide, fie bazice. Culoarea tuturor indicatorilor se schimbă în intervalul propriu de aciditate, adesea 1-2 unități.
2. Pentru a mări intervalul de măsurare de lucru pH aplica indicator universal, care este un amestec de mai mulți indicatori. Indicatorul universal își schimbă culoarea succesiv de la roșu la galben, verde, albastru la violet atunci când trece de la o regiune acidă la una alcalină. Definiții pH utilizarea metodei indicatorului este dificilă pentru soluții tulburi sau colorate.
3. Folosind un dispozitiv special - pH-metru - face posibilă măsurarea pHîntr-o gamă mai largă și mai precis (până la 0,01 unități pH) decât utilizarea indicatorilor. Metoda ionometrică de determinare pH se bazează pe măsurarea FEM a unui circuit galvanic cu un milivoltmetru-ionometru, care include un electrod de sticlă, al cărui potențial depinde de concentrația ionilor H+în soluția înconjurătoare. Metoda este foarte precisă și convenabilă, mai ales după calibrarea electrodului indicator în intervalul selectat pH, ceea ce face posibilă măsurarea pH soluții opace și colorate și, prin urmare, este adesea folosit.
4. Metoda analitică volumetrică — titrare acido-bazică— oferă, de asemenea, rezultate precise pentru determinarea acidității soluțiilor. O soluție de concentrație cunoscută (titrant) este adăugată prin picurare la soluția testată. Când sunt amestecate, are loc o reacție chimică. Punctul de echivalență - momentul în care există exact suficient titrant pentru a finaliza reacția - este înregistrat cu ajutorul unui indicator. După aceasta, dacă se cunoaște concentrația și volumul soluției de titrant adăugate, se determină aciditatea soluției.
5. pH:

0,001 mol/L acid clorhidric la 20 °C are pH=3, la 30 °C pH=3,

0,001 mol/L NaOH la 20 °C are pH=11,73, la 30 °C pH=10,83,

Efectul temperaturii asupra valorilor pH explicată prin disociere diferită a ionilor de hidrogen (H +) și nu este o eroare experimentală. Efectul temperaturii nu poate fi compensat electronic pH-metru.

Rolul pH-ului în chimie și biologie.

Aciditatea mediului este importantă pentru majoritatea proceselor chimice, iar posibilitatea de apariție sau rezultatul unei anumite reacții depinde adesea de pH mediu inconjurator. Pentru a menține o anumită valoare pHîn sistemul de reacție, la efectuarea cercetărilor de laborator sau în producție, se folosesc soluții tampon care permit menținerea unei valori aproape constante pH când este diluat sau când în soluție se adaugă cantități mici de acid sau alcali.

Valoarea pH-ului pH adesea folosit pentru a caracteriza proprietățile acido-bazice ale diferitelor medii biologice.

Pentru reacțiile biochimice, aciditatea mediului de reacție care apare în sistemele vii este de mare importanță. Concentrația ionilor de hidrogen într-o soluție afectează adesea proprietățile fizico-chimice și activitatea biologică a proteinelor și acizilor nucleici, prin urmare, pentru funcționarea normală a organismului, menținerea homeostaziei acido-bazice este o sarcină de o importanță excepțională. Menținerea dinamică a optime pH fluidele biologice se realizează sub influența sistemelor tampon ale organismului.

În corpul uman, valoarea pH-ului este diferită în diferite organe.