pH mètre

La valeur du pH décrit le caractère d'une solution aqueuse par rapport à un comportement acide ou basique. Ce dernier, qu'il soit acide ou basique, dépend de l'activité des ions d'hydrogène. Le pH est un facteur important dans notre écosystème. Voici quelques exemples :

- Dans le monde végétal, le pH de la terre a un impact sur l'apport en nutriments à travers les racines et donc, sur la croissance générale de la plante.
- Le sang humain doit avoir un pH compris entre 7.35 et 7.45. Si le pH du sang est bas, l'hémoglobine absorbera moins d'oxygène, ce qui provoquera une acidose et, dans le cas contraire, lorsque le pH du sang est plus élevé, une alcalose se produit.
- Dans le monde sous-marin, certaines espèces de poissons nécessitent un lieu assez acide et les autres, un milieu plutôt alcalin.
- Dans le domaine de la chimie, la valeur du pH est un indicateur de la force d'un acide ou de base.
- Plusieurs méthodes ou un pH-mètre sont utilisés pour déterminer la valeur du pH.

Les photomètres de pH utilisent aussi l'effet du changement de couleur. Il faut prendre un échantillon d'eau pour la mesure puis le mesurer en deux étapes. Lors de l'étape 1 de mesure, un essai à blanc (seul l'échantillon est pris) est réalisé. Avant la deuxième étape de mesure, un réactif est ajouté à l'échantillon provoquant le changement de couleur de l'échantillon. Dans ce cas, le changement de couleur s'effectue avec un système de mesure optique et se transforme directement en valeur du pH. Les frais d'entretien pour un PH-mètre basé sur le procédé photométrique sont relativement faibles, mais les réactifs sont nécessaires à chaque mesure.

Un pH-mètre qui possède une électrode effectue des mesures rapidement et facilement. Ces appareils de mesure sont disponibles en version à poser sur une paillasse ou comme pH-mètre portable, ainsi que comme unité de mesure à installation fixe. La mesure avec une électrode est la méthode de mesure la plus commune pour déterminer la valeur du pH.

Pour des utilisations en laboratoires, on utilise généralement des appareils de paillasse avec des électrodes en verre. Ces électrodes en verre ont une paroi très fine et requièrent donc une manipulation précautionneuse. C'est pourquoi, dans un laboratoire, les électrodes en verre s'utilisent avec un support pour électrode, qui maintient les électrodes et s'équilibre avec les ressorts. Un PH-mètre de paillasse possède, dans la plupart des cas, une mémoire interne ou une interface à travers laquelle les données enregistrées ou mesurées à cet instant peuvent être transférées au PC. En ce qui concerne la source d'alimentation, en plus des dispositifs fonctionnant sur le secteur, certains modèles de PH-mètres disponibles fonctionnent grâce à une batterie ou à plusieurs piles. Ce type de pH-mètre est très flexible et peut aussi être utilisé pour des mesures in situ.

Les systèmes de mesure de pH à installation fixe s'utilisent lorsque la valeur du pH doit être mesurée ou réglée constamment. Ce pH-mètre s'utilise principalement comme émetteur et envoie à distance les valeurs mesurées sous forme de signaux analogiques. Les signaux analogiques, p. 4 ... 20 mA ou 0 ... 10 V, sont transformés en contrôles électroniques et s'affichent sur des écrans, des appareils de dosage ou des pompes et des valves.

La plupart des pH-mètres sur le marché sont des instruments à main portables.

Un pH-mètre portable existe dans de nombreuses versions différentes et avec différents équipements. Les pH-mètres, qui forment une unité solide avec l'électrode, se nomment généralement pH-mètres. Ces pH-mètres sont les appareils les plus rentables et s'utilisent pour certaines mesures. Sachant que toutes les électrodes de pH sont soumises à la déviation et donc aussi à l'usure, au moment d'acheter un pH-mètre, il faut prendre en compte si l'électrode peut être remplacée. Les pH-mètres portables avec électrode remplaçable / amovible peuvent être utilisés dans presque tous les domaines, grâce la possibilité de changer rapidement l'électrode pour une spéciale. Un pH-mètre portable possède souvent une mémoire avec les valeurs mesurées, pouvant enregistrer la valeur actuelle ou, si la fonction d'enregistrement est disponible, toute la série de mesures. Les mémoires des valeurs mesurées sont conçues comme une mémoire interne ou comme un enregistreur de carte SD. À partir de ces pH-mètres, les valeurs peuvent toujours être transférées à un PC et y être traitées. Pour une utilisation en milieu humide, le pH-metre et l'appareil portable doivent être équipés d'une protection IP adéquate.

La sélection de l'électrode de pH doit toujours être fondée sur son utilisation. C'est pourquoi, dans les cas les plus communs, pour le pH-mètre portable, on choisira des électrodes avec un boîtier en plastique et un rembourrage de gel. Ces électrodes sont mécaniquement relativement stables et ne se détruisent pas directement lorsqu'elles se cognent aux parois et aux bords du récipient. Dans le secteur des produits alimentaires, les électrodes à pointe conique ou les électrodes encastrées dans une lame en acier inoxydable sont disponibles. Pour éviter de réduire la durée de vie des électrodes, elles doivent toujours être nettoyées après usage. En fonction de l'utilisation, des solutions de nettoyage spéciales sont requises. Dans le cas d'utilisations dans des eaux propres ou des milieux comparables, il est suffisant de nettoyer avec l'eau du robinet et de rincer avec de l'eau distillée. La conservation des électrodes de pH doit toujours se faire dans une solution de conservation pour électrodes de pH. Afin de compenser la dérive des électrodes de pH mentionnée plus haut, il est nécessaire d'effectuer, de temps en temps, un étalonnage du pH-mètre avec l'électrode. Pour ce faire, par exemple, des solutions d'étalonnage avec des valeurs de pH 4, 7 ou 10 peuvent être utilisées. Si les mesures de pH sont effectuées dans des milieux ayant des températures supérieures à 25 ° C, des pH-mètres avec une compensation automatique de température (ATC) sont recommandés. Pour les pH-mètres avec ATC, le changement de la valeur mesurée causé par la température s'annule / s'élimine.

Directives DIN pour mesurer la valeur du pH dans un sol dur

Le pH du sol est un signe distinctif de sa teneur acide ou basique. Le pH du sol, comme dans tous les autres systèmes aqueux, est influencé par les systèmes de tampon naturels. La détermination a lieu en suspension (procédé d'extraction) du sol ou dans une solution saline neutre (chlorure de calcium 0,01 N ou chlorure de potassium) - méthode de mesure en laboratoire. Ici, puisque les ions H + absorbés par l'échangeur de sol sont remplacés par des ions-CaCl2, le pH mesuré de cette façon est d'environ 0,3-1,0 unités en-dessous du pH, qui se mesure en suspensions d'eau pure. Cependant, toutes les données qui apparaissent dans la littérature ne sont pas forcément correctes.

Exemple pratique : mesure du pH dans le sol avec une solution d'extraction de terre - Méthode de mesure en laboratoire conformément à DIN 19684 Partie 1

Plage de mesure : entre pH 2 et pH 9
pH-mètre : PCE-228
pH électrodes : électrode de pH avec membrane sphérique, rembourrage de gel, tissu ou diaphragme de céramique
Kit standard : 1 x électrode, 1 x cuvette de volume (> 500 ml), 1 x tige magnétique ou en verre pour mélanger.

Effectuer une mesure de pH - méthode expérimentale:

Préparez l'échantillon avec le mélange du sol (argile sèche) prélevé dans plusieurs points représentatifs de l'échantillonnage. Retirez les corps étrangers (par exemple, pierres, racines). Soulevez légèrement la terre avec les mains.

Suspension avec de l'eau distillée comme dissolvant

Cette méthode détecte l'acidité normale du sol. Les ions acides unis existants dans la matrice du sol ne sont pas détectés. Mettez 260 ml d'eau distillée dans 100 g d'un échantillon de mélange de terre et agitez cette suspension pendant 5 minutes. Laissez ensuite l'échantillon reposer pendant au moins 2 heures, mais pas plus de 24 heures.

Suspension avec solution de 0.01 M CaCl₂

Mélangez 75 ml de terre avec 300 ml de solution de CaCl2 0.01 M (0.01 M = 1.11 g de chlorure de calcium anhydre ou 1.47 g de CaCl2 * 2 H2O pour 1 litre d'eau distillée), agitez fortement et laissez reposer pendant au moins 60 minutes. Mélangez l'échantillon juste avant la mesure et immergez l'électrode de pH et la sonde de température dans le liquide à mesurer.

La suspension avec une solution de 0.01 M CaCl2 les ions d'hydrogène facilement remplaçables se détectent aussi incidemment, puisque ceux-ci s'échangent depuis la matrice de l'échantillon unie par les cations. Cette méthode de détermination est similaire au procédé à long terme dans le sol. C'est la raison pour laquelle le pH de cette suspension est entre 0.5 et 1.0 unités de pH, et est inférieur au pH des suspensions du milieu aqueux.

Enregistrez la valeur de mesure avec une précision de 0.01 pH lorsque la valeur mesurée est stable.

Indication de la valeur mesurée en suspension :
- Avec eau distillée : pH (eau distillée) x.xx (y °C) pH (eau distillée) 7.22 (23 °C)
- Avec CaCl₂: pH (CaCl₂) x.xx (y ° C) pH (CaCl₂) 7.22 (23 °C)

Tenez compte du fait que, pendant n'importe quelle mesure de pH, une stabilité de la température entre le liquide mesuré et l'électrode peut se produire. Après la mesure, éliminez les contaminants de l'électrode de pH en la rinçant avec de l'eau distillée. Le capteur de pH ne doit subir aucun dégât mécanique. Ensuite, laissez l'électrode dans la solution de conservation.

Mesure du pH dans des liquides non aqueux

Utilisation du pH-mètre dans des liquides non aqueux

Il est recommandé de prendre en compte les indications suivantes lors de l'utilisation du pH-mètre :

- Le résultat sera plus précis si le capteur de l'électrode principale reste immergé dans le liquide à mesurer pendant 24 heures avant la mesure du pH.
- Il est très important d'utiliser les trois électrodes suivantes : l'électrode principale (verre) du pH-mètre, une électrode de référence et une électrode de compensation de température.
- Attendez 5 minutes pour que la valeur se stabilise avant de lire le résultat sur l'écran de votre pH-mètre.
- Changez l'unité de mesure du pH-mètre si la valeur du pH est inférieure à pH 0 ou supérieure à pH 14 et refaites le test.
- Après avoir effectué la mesure, immergez le capteur du pH-mètre dans l'acide chlorhydrique (0,1 mol / L HCI) pendant 10 minutes environ avant de laver le capteur. Lavez soigneusement le cylindre externe de l'électrode de référence avec de l'eau pure.

L'une des choses les plus importantes à savoir sur le pH-mètre est que les valeurs du pH des solutions non-aqueuses (à la différence des solutions aqueuses) ne représentent qu'une simple indication de l'activité des ions d'hydrogène dans l'échantillon.

Le chlorure de potassium (KCl) qui disparaît de l'union liquide de l'électrode de référence du pH-mètre qui contient la solution de KCl, ne se dissout normalement pas dans la plupart des solutions non aqueuses, ce qui signifie que l'union liquide sera bloquée. Ainsi, l'acétate de lithium (CH3COOLi) s'utilise avec certaines électrodes de pH, puisqu'il se dissoudra dans des solutions organiques.

PH-mètre avec électrode ISFET

Il existe une vaste gamme de modèles de pH-mètres sur le marché, allant des petits pH-metres portables peu chers, aux versions de laboratoire compliquées et onéreuses. Le design le plus connu du pH-mètre est avec l'électrode en verre. Indépendamment du modèle que vous possédez, il est important de tenir compte du fait que ce type de pH-mètre requière une manipulation précautionneuse et un étalonnage régulier. Le verre est très fragile et, une fois que l'électrode se casse ou se fissure, il n'est plus possible d'obtenir de mesure précise de la valeur du pH. Les électrodes doivent être régulièrement nettoyées, maintenues dans une solution de conservation spéciale, dans des conditions ambiantes favorables (sans températures élevées ni humidité !), exemptes de contaminants et de graisse (c'est pourquoi il est recommandé de ne jamais toucher le pH-mètre avec les mains).

L'une des options pour l'électrode en verre, comme mentionné plus haut, réellement nécessite que l'opérateur soit très concentré, un autre type d'électrode a été créé, basé sur la technologie ISFET. Le principal avantage d'un pH-mètre équipé d'une électrode ISFET (transistor à effet de champ sensible) est qu'il est résistant et a un court temps de réponse, du moins pas plus que l'électrode en verre et peut effectuer des mesures à basses températures sans être endommagé. Le pH-mètre ISFET trouve son application en particulier dans le domaine industriel, dans lequel, parfois, les conditions d'utilisation sont assez difficiles et donc, une certaine résistance des mesureurs est absolument avantageuse. À la différence de la plupart des pH-mètres, il n'y a pas d'éléments en verre dans sa fabrication. Ce pH-mètre s'utilise pour les aliments / boissons et dans l'industrie pharmaceutique, plusieurs branches dans lesquelles il faut respecter de grandes exigences d'hygiène. Il garantit la sécurité des produits testés, non seulement de par sa résistance à la contamination et son respect de toutes les normes d'hygiène, mais aussi parce que le risque que les fragments de verre pénètrent dans le matériau en cas de cassure de l'électrode en verre est nul. Un pH-mètre avec une électrode ISFET est résistant aux chocs, fournit des mesures très bonnes, stables et précises, même à basses températures, il est moins sensible aux conditions de conservation et son électrode en dehors de la solution n'a pas d'influence sur l'utilisation. L'électrode ISFET peut être stérilisée, les intervalles d'étalonnage sont plus longs, de même que sa durée de vie.

Le pH est un paramètre qui se définit par la concentration en ions d'hydrogène dans une solution aqueuse. Il a une influence déterminante sur toute réaction chimique ayant lieu dans cette solution, dans la mesure où, en fonction de sa valeur, il permet qu'une réaction chimique déterminée se produise ou pas. Ainsi, aussi bien le contrôle au moyen d'un pH-mètre, que le traitement de la valeur du pH, seront décisifs, que ce soit dans la vérification de l'eau potable pour la consommation humaine que dans le traitement des eaux usées à proprement parler.

En ce qui concerne le traitement des eaux usées, le problème se limite essentiellement à l'élimination de tout type de composés organiques et d'éléments toxiques inorganiques (métaux lourds, etc.) qui peuvent être présents dans l'eau, comme résultat de l'usage urbain ou des effluents industriels.

Généralement, le processus de traitement des eaux usées commence, selon l'origine de celles-ci, par des processus purement physiques pour séparer les éléments les plus grands (résidus, éléments organiques ou inorganiques de la taille correspondante, etc.). Dans ces processus physiques, comme le dégrossissage des solides, le dégraissage, le dessablage, etc., la valeur du pH ne joue pas un rôle aussi décisif. Cependant, à partir de ce moment et dans les processus suivants d'épuration, le pH (avec d'autres paramètres de base comme la présence de l'oxygène et la température) sera fondamental pour compléter le processus de traitement des eaux usées. C'est là que le pH-mètre acquière une importance spéciale.

Le simple fait que la valeur pH de l'eau soit trop basse ou trop élevée est, en soi, un facteur décisif pour que l'eau ne soit pas utilisée dans l'environnement (lacs, rivières, etc.), et encore moins pour la consommation humaine. Ne serait-ce que pour cette raison, il est essentiel de contrôler le pH de l'eau et de le corriger si nécessaire. Mais ses effets vont beaucoup plus loin dans les processus d'épuration, comme par exemple, dans l'élimination des métaux lourds et d'autres éléments inorganiques toxiques, qui ne peuvent pas être supprimés par un processus physique d’épuration. La valeur de pH, c'est-à-dire la concentration en ions d'hydrogène ou de groupes hydroxyles en milieux aqueux, selon qu'il s'agisse d'un milieu acide ou alcalin, a une grande influence sur le fait, par exemple, qu'un certain composé métallique reste dissout dans l'eau ou, au contraire, qu'il réagisse avec les groupes hydroxyles pour former des sels plus ou moins insolubles et puisse se séparer ainsi ensuite facilement des autres composantes de l'eau, en appliquant l'un des processus physiques décrits.

Chaque composé a des valeurs de pH déterminées, que nous pouvons trouver sous une forme chimique ou sous une autre. Par conséquent, la gestion et le contrôle pertinents de la valeur pH de l'eau à l'aide d'un pH-mètre adapté fera la différence entre la réussite et l'échec de l'épuration de certains éléments.

En réalité, nous savons bien que la valeur pH a une influence décisive dans l’élimination de tout type de microorganismes pathogènes. Ces microorganismes, comme l'entérobactérie Escherichia coli, peuvent être présents dans les eaux usées, par exemple, à cause du déversement direct des eaux usées ou des matières fécales. Un traitement consistant à faire diminuer le pH en-dessous d'un certain niveau (en fonction des pathogènes qui nous intéressent) peut être extrêmement effectif pour atteindre nos objectifs. Bien entendu, après ce traitement, il est essentiel de faire en sorte que la valeur pH soit plus proche du neutre et compatible avec le reste des organismes vivants, avant de l'introduire dans l'environnement.

Surtout lorsque l'eau est chlorée pour être apte à la consommation, c'est-à-dire, pour qu'elle soit potable, la valeur du pH est à nouveau déterminante pour que le processus soit réellement effectif ou pas. Pour des raisons similaires à celles que nous venons de mentionner, pour d'autres composés inorganiques présents dans l'eau, la valeur du pH sera aussi décisive dans le cas du chlore, pour la formation d'un type de composé ou d'un autre, et fera la différence pour savoir si le chlore a réellement un effet désinfectant ou pas. En plus d'autres facteurs pouvant avoir une influence, comme la dureté de l'eau, les valeurs de pH inférieures à 6,5 - 6 ou supérieures à 8 empêchent l'efficacité du processus.

On sait bien que le pH ne constitue qu'une mesure de l'activité des ions d'hydrogène dans une solution particulière, et que sa valeur détermine finalement à quel point le milieu dans lequel il est mesuré est acide ou alcalin. Uniquement lorsque cette première définition est prise en compte, la première conséquence de ce paramètre sur la qualité organoleptique –aussi bien des aliments que des fruits et des légumes- est évidente: l'acidité sera, en fin de compte, un facteur déterminant pour définir le goût de n'importe quel aliment. Par conséquent, la mesure avec un pH-mètre est très importante.

L'acidité détermine directement le goût de nombreuses matières premières, comme certains fruits. D'ailleurs, la plupart des aliments, en particulier les fruits, sont acides, c'est-à-dire, qu'ils ont des valeurs de pH inférieures à 7, ce qui indique neutralité. Seuls quelques aliments sont alcalins, c'est-à-dire, avec une valeur de pH supérieure à 7.

Or, le pH n'affecte pas seulement le goût plus ou moins acide, au sens premier du mot, dans de nombreuses matières premières ; en particulier dans les aliments élaborés, comme dans la fabrication avec des processus de fermentation (comme c'est le cas de produits comme le vin ou le fromage), nous voyons que le pH (presque toujours associé au facteur de température), a une influence directe sur des paramètres fondamentaux de la qualité organoleptique et du goût d'un aliment, comme par exemple, la consistance de l'aliment ou le goût d'un type ou d'un autre résultant de ces fermentations. Le contrôle du pH au moyen du pH-mètre, et donc du type de faune microbienne qui implique le processus de fermentation, peut faire la différence entre un produit facilement reconnaissable et apprécié par le client au point d'être prêt à en payer le prix fort, et un produit qui devra être éliminé.

Comme si cela ne suffisait pas, il existe un dernier facteur dans lequel le pH joue un rôle crucial dans le secteur agricole et alimentaire, qui est la conservation des aliments. Par exemple, nous savons depuis longtemps que l'utilisation du vinaigre est l'une des méthodes les plus efficaces pour conserver certains aliments (industrie de la salaison), puisque la forte acidité préserve l'aliment. Comme indiqué ci-dessus, presque tous les microorganismes sont très sensibles au pH, et cela inclut, en particulier, ces microorganismes (bactéries, champignons, etc.) qui peuvent être néfastes pour un produit alimentaire et l'endommager pour sa commercialisation et consommation. Un pH suffisamment bas, même s'il n'empêche pas complètement l'invasion des microorganismes nocifs, peut au moins réduire ou retarder cette invasion, en prolongeant la durée de vie des aliments, encore plus en utilisant correctement d'autres paramètres aussi importants que la température (processus de stérilisation ou de congélation).

En conséquence, il est évident que, dans le secteur agroalimentaire, et en particulier dans le processus de production des aliments les plus élaborés, il est fondamental de contrôler le pH, que ce soit de façon spécifique dans certains points critiques du processus, à l'aide d'un pH-mètre portable, ou même d'un pH-mètre à installation permanente qui inclut des électrodes pour la mesure continue. Cela permet un contrôle beaucoup plus intense de la production si le processus le requière.

Les électrodes du pH-mètre sont généralement conçues pour la mesure par immersion directe dans une solution aqueuse. Cependant, pour la mesure dans certains aliments solides, comme les fruits, le fromage ou la viande, il existe, sur le marché, des électrodes spéciales (avec des lames), pouvant être directement insérées dans l'aliment lui-même et pouvant mesurer la valeur pH.

Un facteur qui contribue à la vie dans l'eau est que l'eau ait une valeur pH correcte. D'ailleurs, la vie de nombreux organismes aquatiques n'est possible que si la valeur pH se trouve dans une plage entre 5 et 9 ; certains organismes dans une plage encore plus étroite, entre 6 et 8. Cela s'applique aussi bien à la faune qu'à la flore ou aux plantes aquatiques. Les eaux usées peuvent influer négativement si elles ont une valeur pH trop élevée ou trop basse. De plus, plusieurs organismes sont très sensibles aux changements de la valeur pH, c'est pourquoi, avant que les eaux usées terminent dans des rivières ou dans des lacs, il est nécessaire de les purifier correctement.

Il ne faut pas perdre de vue que certaines bactéries et d'autres organismes jouent un rôle actif dans le traitement des eaux usées. D'ailleurs, pour les stations d'épuration, il est très important de contrôler constamment la valeur pH des eaux usées. Le but d'une station d'épuration est de purifier les eaux usées, au moyen de traitements mécaniques, biologiques et chimiques. Le processus de purification de l'eau requière que les trois types de traitements soient systématiquement utilisés. Or, seule une valeur pH proche du neutre ou pH7 permet que les microorganismes agissent correctement et éliminent efficacement les composés de nitrogène.

La mesure du pH des eaux usées est aussi importante pour un autre aspect : une valeur pH trop élevée ou trop basse peut endommager les tuyauteries et les installations techniques. La vérification de la valeur pH protège aussi le ciment et le métal de la corrosion. Dans le secteur industriel, il est primordial de contrôler la valeur pH des eaux usées, car cela évitera d'avoir à faire face à des réparations coûteuses dans le temps.

Nombreux sont les facteurs qui influent sur la valeur pH des eaux usées. Dans le domaine privé, il faut mentionner évidemment l'utilisation de produits de nettoyage, comme les détergents, les adoucissants, etc. Beaucoup de ces produits de nettoyage sont alcalins, avec une valeur de pH entre 8 et 10, même s'il y en a d'autres plutôt acides. En fonction du type de salissure, on utilise un produit ou un autre.

D'autre part, on trouve le secteur industriel avec ses déversements industriels. De nombreux processus industriels requièrent l'utilisation de millions de litres d'eau à l'année. Par exemple, les blanchisseries ou les usines de blanchiment de tissus génèrent surtout des eaux usées assez acides. La métallurgie rejette aussi de l'eau acide. Tout cela montre que les eaux usées ont rarement un pH neutre. C'est pourquoi il est nécessaire de neutraliser les eaux usées. L'utilisation d'un pH-mètre, qu'il soit portable ou à installation permanente, permettra de déterminer le traitement de l'eau le mieux adapté.