pH mètre

Plus d’informations sur la valeur du pH affichée par le pH-mètre

Échelle de pH avec concentrations
La valeur du pH du pH-mètre décrit la concentration en ions d’hydrogène dissous, et est très importante pour de nombreuses réactions chimiques et biochimiques. L’échelle de pH découle de l’exposant négatif de la concentration en ions oxonium, c’est pourquoi elle est logarithmique. Au point neutre de pH 7, les concentrations en ions oxonium et hydroxyde sont exactement identiques en termes de quantité. Cette valeur du pH est visualisée dans un pH-mètre, dans l’eau pure ou les solutions neutralisées, par exemple. Pour des valeurs du pH-mètre inférieures à 7, la concentration en ions oxonium est plus grande, et la solution réagit de manière acide. Dans le cas contraire, les valeurs supérieures à 7 signifient une proportion plus grande d’ions hydroxyde, ce qui fait que ces solutions réagissent de manière alcaline.

Le diagramme montre l’échelle de pH typique qui va de 0 à 14, avec les concentrations en ions de l’eau H3O+ et OH- correspondantes. L’échelle de pH découle de l’exposant négatif de la concentration H3O+ et se construit de manière logarithmique. Dans ce que l’on appelle point pH neutre, les concentrations en ions H3O+ et OH- sont exactement identiques en termes de quantité ; c’est le cas de l’eau ultra pure. Si la concentration en H3O+ augmente, les valeurs du pH acide se trouvent dans une plage de pH 0-7. Si la concentration en ions OH- est supérieure à celle de H30+, la plage de pH basique sera pH 7-14.

Pourquoi des valeurs du pH négatives peuvent se produire ?
La valeur du pH indique la quantité d’ions d’hydrogène dissous ou leur activité dans une solution aqueuse. Si la quantité d’ions hydrogène (H+ ou H3O+) est égale à la quantité d’ions hydroxyde (OH-), la solution est appelée pH neutre. Cela correspond à une lecture de 7 dans un pH-mètre, qu’on retrouve dans l’eau pure à une température de 25 ºC. Cependant, dès que d’autres substances se dissolvent dans l’eau comme celle du robinet ou de pluie - qui a absorbé des substances de l’air - la valeur du pH peut varier. Cependant, cela n’arrive que si les substances dissoutes influencent l’équilibre en faveur des ions hydronium ou des ions hydroxyde. S’il y a un excès d’ions d’hydrogène, la valeur du pH dans un pH-mètre diminue, et la solution est dite acide. Si la quantité d’ions hydroxyde prédomine, la valeur du pH augmente et la solution devient basique ou alcaline. Plus la différence entre la quantité d’ions hydrogène et celle d’ions hydroxyde est grande, plus la valeur s’éloigne du pH 7.

Par exemple, les acides introduisent de nombreux ions d’hydrogène supplémentaires et donc, déplacent la valeur du pH vers le bas. Pour la plupart des applications, un pH-mètre utilisant une plage entre 0 et 14 pH est suffisant. Or, les acides forts peuvent tellement altérer l’équilibre que des valeurs du pH négatif se produisent. Cependant, les valeurs numériques possibles sont limitées par la solubilité des acides dans l’eau. Par exemple, dans l’eau de mine extrêmement acide d’une mine de Californie, les pH-mètres ont détecté des valeurs du pH aussi bas que -3,6. Presque tous les pH-mètres ne peuvent mesurer des valeurs que dans une plage entre 0 et 14, ce qui est parfaitement suffisant pour de nombreuses applications. Cependant, depuis peu, il existe des pH-mètres numériques avec une plage de mesure élargie. Avec un pH-mètre de ce type, il est possible de mesurer, rapidement et facilement, des valeurs du pH négatives de -1 voire -2.

La valeur du pH de la solution d’acide chlorhydrique dans différentes concentrations :


Un pH-mètre peut-il indiquer des valeurs du pH supérieures à 14 ?
De même que les solutions très acides présentent des valeurs du pH inférieures à 0, il existe aussi des substances basiques dont les solutions aqueuses très concentrées présentent des valeurs du pH supérieures à 14. Cela inclut, par exemple, la solution d’hydroxyde de sodium. Sachant que la plage de mesure des pH-mètres habituels s’arrête à 14, des valeurs supérieures ne peuvent pas être déterminées. Pour la mesure de ces solutions fortement alcalines, un pH-mètre avec une plage de mesure élargie est nécessaire. Il existe déjà des modèles de pH-mètre qui peuvent mesurer des valeurs du pH jusqu’à 15, 16 voire 20.

La valeur du pH de l’hydroxyde de sodium dans différentes concentrations :


Erreurs de mesure d’un pH-mètre lors de la mesure des acides et des alcalis forts
Avec des acides forts, notamment avec des valeurs du pH inférieures à 2, et avec des alcalis forts ayant des valeurs du pH supérieures à 12, des erreurs de mesure considérables peuvent se produire lorsqu’un pH-mètre normal est utilisé. Dans le cas d’une erreur acide, des valeurs du pH trop élevées sont indiquées et, dans le cas d’une erreur alcaline, des valeurs du pH trop basses sont indiquées. La cause est généralement due au fait que, normalement, la couche de la membrane de l’électrode est modifiée par la solution. Lorsque vous analyserez des solutions avec de telles valeurs, choisissez un pH-mètre dont l’électrode de pH est adaptée à ces plages de mesure. Tenez aussi compte du fait que les solutions utilisées pour étalonner un pH-mètre doivent inclure la plage de mesure souhaitée. Ainsi, si vous allez mesurer des valeurs du pH inférieures à 2, il n’est pas recommandé d’étalonner le pH-mètre avec les solutions d’étalonnage habituelles de pH 4,0, pH 7,0. À leur place, il faut utiliser des solutions d’étalonnage spéciales pour pH-mètre de grande qualité comme, par exemple, de pH 1,0 et pH 2,0.

Informations génériques sur le pH-mètre

Le pH-mètre est un instrument de mesure qui indique la valeur pH d’une solution aqueuse. La valeur est déterminée de façon électrochimique, et non pas au moyen d’indicateurs acido-basiques (bandelettes). Le principe le plus commun du pH-mètre utilise le potentiel d’une électrode en verre. Une réaction de la demi-cellule dans la membrane en verre y génère un potentiel électrochimique qui dépend directement de la concentration en ions H. La différence de potentiel par rapport aux électrodes de référence crée une tension qui est en grande partie linéaire par rapport à la valeur du pH. Dans la plupart des cas, une cellule de chlorure d’argent sert d’électrode de référence, et s’unit à l’électrode en verre pour former une électrode combinée. L’électrode de référence est connectée à la solution à mesurer à travers un diaphragme qui consiste généralement en une mousse de verre, de céramique ou de platine. Lorsque vous ne l’utilisez pas, l’électrode correspondante au pH-mètre utilisée doit être placée, au minimum, dans un verre d’eau du robinet et, de préférence, dans une solution saline de stockage

Au moment d’utiliser un pH-mètre, gardez toujours à l’esprit ce qui suit
En cas d’utilisation en continu ou si l’appareil n’a pas été utilisé depuis longtemps, il faudra le réétalonner. La dérive naturelle à laquelle sont soumises les électrodes de pH doit être compensée. La plupart de ce type de pH-mètre possède une fonction d’étalonnage interne, de sorte qu’il n’est plus nécessaire d’utiliser une vis de réglage pour étalonner l’appareil. Dans tous les cas, les solutions d’étalonnage correspondantes sont nécessaires ; nous vous les proposons en différentes versions (la plupart comme kit dans un sac) avec l’instrument de mesure correspondant.

pH-mètre pour le contrôle de la valeur pH de l’eau et des eaux usées
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 du 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 ainsi se séparer ensuite facilement des autres composantes de l’eau, en appliquant l’un des processus physiques décrits.

Chaque composé a des valeurs du 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 du 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 du pH inférieures à 7, ce qui indique neutralité. Seuls quelques aliments sont alcalins, c’est-à-dire, ayant une valeur du 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 ; notamment dans les aliments élaborés, comme dans la fabrication avec des processus de fermentation (comme c’est le cas de produits tels que 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, et 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 pour la mesure continue avec un pH-mètre à installation permanente qui inclut des électrodes. 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.

Mesure de la valeur pH dans les eaux usées

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, celle de 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 ne 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 ont une influence 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 du pH entre 8 et 10, même s’il y en a d’autres plutôt acides. En fonction du type de saleté, 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.

pH-mètre avec des électrodes qui ne nécessitent pas d’entretien

Les électrodes de pH classiques à membrane de verre sont généralement conçues comme un système de mesure à une seule tige, avec une électrode de référence intégrée. Dans un pH-mètre, l’électrode de mesure et l’électrode de référence sont intégrées dans une tige de verre qui est immergée dans la substance à mesurer. Souvent, elle possède aussi un capteur de température pour compenser automatiquement la température. Un pH-mètre ayant une électrode de verre a une vaste plage de mesure, mais est sensible aux interférences. Avant tout, la membrane de verre et le diaphragme de l’électrode de référence doivent être manipulés avec précaution et rester perméables. C’est pourquoi, ces électrodes de pH sont généralement nettoyées et conservées dans des solutions spéciales.

Un pH-mètre avec ces électrodes doit être étalonné et réglé régulièrement et fréquemment. Lorsqu’une précision suffisante n’est pas atteinte, il faudra remplacer l’électrode. Lorsqu’il est indiqué qu’un pH-mètre ne requière pas d’entretien, cela signifie généralement qu’il n’est pas nécessaire de remplir ou de remplacer le liquide électrolytique de l’électrode de référence.

Pour le contrôle continu de la valeur du pH dans des processus, nous recommandons d’utiliser des pH-mètres ayant des électrodes spéciales, pour obtenir des résultats de mesure précis et qui ne nécessitent pas, ou uniquement de façon sporadique, d’entretien ou d’étalonnage. Particulièrement dans les processus longs dans lesquels il faut réagir à de petits écarts dans la valeur du pH, ainsi que dans les processus dans lesquels différentes valeurs du pH doivent être atteintes et maintenues au fil du temps, il est préférable d’utiliser une électrode de pH qui n’ait pas à être démontée pour son nettoyage ou étalonnage pendant le processus. De nombreuses électrodes de pH nécessitant peu d’entretien peuvent être nettoyées lors de procédures automatiques qui s’adaptent à la séquence du processus correspondant ; certaines sont aussi étalonnées et réglées automatiquement.

Pour des mesures continues en milieu industriel, dans lequel elles sont directement effectuées dans le liquide de processus, on utilise généralement des pH-mètres avec des sondes qui, non seulement nécessitent peu d’entretien, mais en plus, sont plus résistantes mécaniquement et chimiquement que les électrodes de verre habituelles. Parmi celles-ci, on trouve par exemple, les électrodes de pH dans lesquelles l’émail fonctionne comme une couche sensible au pH, au lieu de la membrane de verre ; et les sondes de pH qui mesurent au moyen de la technologie ISFET. ISFET signifie transistor à effet de champ sensible aux ions (Ion Sensitive Field Effect Transistor). Avec les capteurs ISFET, la valeur du pH est déterminée au moyen des effets de champ qui se produisent lorsque des ions s’accumulent.