Miernik PH / PH metr

Skala wartości pH
Wartość pH wyświetlana na urządzeniu typu miernik PH opisuje stężenie rozpuszczonych jonów wodorowych i ma ogromne znaczenie dla wielu reakcji chemicznych i biochemicznych. Skala pH pochodzi z ujemnego wykładnika stężenia jonów oksoniowych, więc jest logarytmiczna. W tak zwanym punkcie neutralnym pH 7 stężenia jonów oksoniowych i wodorotlenku są dokładnie identyczne ilościowo. Ta wartość pH jest wyświetlana na urządzeniu typu miernik PH / PH metr, na przykład dla czystej wody lub zobojętnionych roztworów. Przy wartościach pehametru poniżej 7 stężenie jonów oksoniowych jest wyższe, a roztwór odczynu kwaśny. Z kolei wartości powyżej 7 oznaczają wyższy udział jonów wodorotlenkowych, takie roztwory reagują zasadowo.

100 = 1 10-1 = 0,1 10-2 = 0,01 10-3 = 0,001 10-4 =0,0001 10-5 = 0,00001 10-6 = 0,000001 10-7 =0,0000001

Diagram przedstawia klasyczną skalę pH z wartościami od 0 do 14 i poniżej odpowiadających im stężeń jonów oksoniowych i wodorotlenkowych utworzonych z cząsteczek wody. Wzór cząsteczkowy H3O+ oznacza dodatnio naładowany jon oksoniowy, który jest często określany również jako jon hydroniowy, a OH- oznacza ujemnie naładowany jon wodorotlenkowy. Jeśli porównasz dwa górne rzędy liczb, zobaczysz, że cyfry na skali wartości pH odpowiadają wykładnikom potęgi dziesiątej stężenia jonów oksoniowych o przeciwnym znaku. Porównując dwa rzędy liczb poniżej, staje się jasne, że suma wykładników jonów oksoniowych i jonów wodorotlenkowych zawsze daje -14.

Dlaczego mogą wystąpić ujemne wartości pH?
Wartość pH wskazuje ilość rozpuszczonych jonów wodorowych zawartych w roztworze wodnym lub ich aktywność. Jeśli ilość jonów wodorowych (H+ lub związanych jako H3O+) jest równa ilości jonów wodorotlenowych (OH-), mówimy, że pH roztworu jest neutralne. Odpowiada to odczytowi na urządzeniu jakim jest miernik PH - 7, który jest obecny w czystej wodzie o temperaturze 25 stopni Celsjusza. Jednak gdy tylko inne substancje rozpuszczą się w wodzie, na przykład w wodzie wodociągowej lub wodzie deszczowej, która wchłonęła substancje z powietrza, wartość pH może się zmienić. Dzieje się tak jednak tylko wtedy, gdy rozpuszczone substancje wpływają na równowagę albo na korzyść jonów hydroniowych, albo na korzyść jonów wodorotlenkowych. Jeśli występuje nadmiar jonów wodorowych, wartość pH na urządzeniu jakim jest miernik PH / PH metr spada i mówi się, że roztwór jest kwaśny. Jeżeli przeważa ilość jonów wodorotlenkowych, wartość pH wzrasta i roztwór staje się zasadowy. Im większa różnica ilościowa między jonami wodoru i wodorotlenków, tym dalej wartość pH jest od 7.

Na przykład kwasy wprowadzają wiele dodatkowych jonów wodorowych, obniżając w ten sposób wartość pH. Miernik PH / PH metr, który zwykle wykorzystuje skalę pH od 0 do 14 pH, jest wystarczający do większości zastosowań. Jednak mocne kwasy mogą tak bardzo przesunąć równowagę, że pojawią się ujemne wartości pH. Jednak możliwe wartości liczbowe są ograniczone rozpuszczalnością kwasów w wodzie. Prawie każde urządzenie do pomiaru pH może rejestrować tylko wartości w zakresie pomiarowym od 0 do 14, co jest również całkowicie wystarczające dla dużej liczby zastosowań. Od pewnego czasu na rynku dostępne są również cyfrowe urządzenia typu miernik PH / PH metr o rozszerzonym zakresie pomiarowym.

pH roztworu kwasu solnego w różnych stężeniach:

Czy miernik PH / PH metr może pokazywać wartości pH powyżej 14?
Tak jak wartości pH poniżej 0 występują w roztworach bardzo kwaśnych, tak istnieją substancje zasadowe, których silnie stężone roztwory wodne mają wartości pH powyżej 14. Obejmuje to na przykład sodę kaustyczną. Ponieważ zakres pomiarowy standardowych urządzeń typu miernik PH / Ph metr kończy się na 14, nie mogą one określić żadnych wyższych wartości. Do pomiaru tych silnie alkalicznych roztworów wymagany jest pehametr o rozszerzonym zakresie pomiarowym. Dostępne są już modele pH-metrów, które mogą mierzyć wartości pH do 15, do 16, a nawet do pH 20.

Wartość pH sody kaustycznej w różnych stężeniach:

Miernik PH / PH metr - błędy pomiarowe w przypadku pomiaru PH dla roztworów silnie kwasowych lub zasadowych
W przypadku silnych kwasów, zwłaszcza o wartościach pH poniżej 2 i mocnych zasad o wartościach pH powyżej 12, mogą występować znaczne błędy pomiarowe przy użyciu standardowego urządzenia typu miernik PH / PH metr. W takim wypadku błędy kwasowego wyświetlane wartości pH są zbyt wysokie, a w przypadku błędu alkalicznego wyświetlane wartości pH są zbyt niskie, głównie dlatego, że warstwa membrany elektrody jest zmieniana przez roztwór. Jeśli trzeba badać roztwory o takich wartościach, należy zwrócić uwagę na elektrodę pH, w którą wyposażone jest urządzenie typy miernik PH / PH metr ważne aby była ona odpowiednia dla tych zakresów pomiarowych. Ponadto należy wziąć pod uwagę, że roztwory buforowe używane do kalibracji powinny zawierać pożądany zakres pomiarowy pehametru. Jeśli mają być mierzone wartości pH poniżej 2, nie zaleca się kalibracji zwykłymi roztworami kalibracyjnymi o pH 4,0 lub pH 7,0.

Miernik PH / PH metr to przyrząd pomiarowy służący do wyświetlania wartości pH roztworu wodnego. Wartość określa się elektrochemicznie, a nie za pomocą wskaźników kwasowo-zasadowych (pasków). Najczęściej stosowana zasada wykorzystuje potencjał elektrody szklanej. Reakcja półogniwa na szklanej membranie tworzy tam potencjał elektrochemiczny, który jest bezpośrednio zależny od stężenia jonów H. Z różnicy potencjałów do elektrod odniesienia powstaje napięcie, które odwzorowuje wartość pH w dużej mierze liniowo. W większości przypadków elektrodą odniesienia urządzenia jakim jest miernik PH / PH metr jest ogniwo srebrowo-chlorkowo-srebrowe, które w połączeniu z elektrodą szklaną tworzy pojedynczy łańcuch pomiarowy. Elektroda odniesienia jest połączona z mierzonym roztworem za pomocą diafragmy, która zwykle składa się z gąbki szklanej, ceramiki lub gąbczastej platyny.

Podczas korzystania z urządzeń typu miernik PH / PH metr należy zawsze pamiętać:
Jeśli miernik PH / PH metr jest używany w sposób ciągły lub nie był używany przez dłuższy czas, należy urządzenie ponownie skalibrować. Naturalny dryf, któremu podlegają elektrody pH, musi zostać wyeliminowany. Większość pH-metrów ma funkcję wewnętrznej kalibracji, więc nie trzeba już kalibrować za pomocą śrub trymera na pehametrze. W każdym przypadku potrzebne są odpowiednie rozwiązania kalibracyjne, które PCE Instruments oferuje w różnych wersjach (zwykle jako zestawy w torebkach) odpowiednich dla konkretnego urządzenia pomiarowego typu miernik PH / PH metr.

Kontrola wartości pH przy zastosowaniu urządzenia typu miernik PH / PH metr w wodzie pitnej i ściekach
Wartość pH, parametr określany przez stężenie jonów wodorowych w roztworze wodnym, ma decydujący wpływ na każdą reakcję chemiczną zachodzącą w tym roztworze, do tego stopnia, że w zależności od jego wartości pozwoli lub nie pozwoli na określoną reakcję chemiczną. Z tego można łatwo wywnioskować, że zarówno kontrola za pomocą urządzenia z kategorii miernik PH / PH metr, jak i zarządzanie wartością pH będą miały kluczowe znaczenie, zarówno dla kontroli wody pitnej przeznaczonej do spożycia przez ludzi, jak i w oczyszczaniu samych ścieków.

W oczyszczaniu ścieków problem zasadniczo sprowadza się do wyeliminowania wszelkiego rodzaju związków organicznych i nieorganicznych pierwiastków toksycznych (metale ciężkie itp.), które woda może zawierać w wyniku użytkowania miejskiego lub zrzutów przemysłowych.

Ogólnie rzecz biorąc, w zależności od pochodzenia ścieków, proces oczyszczania ścieków zwykle rozpoczyna się od procesów czysto fizycznych w celu oddzielenia większych elementów (odpady, elementy organiczne lub nieorganiczne o odpowiedniej wielkości, itp.). W tych wstępnych procesach fizycznych, takich jak przesiewanie, filtrowanie czy dekantacja najłatwiej oddzielających się frakcji, wartość pH nie odgrywa tak istotnej roli. Jednak od tego momentu iw kolejnych fazach pH (wraz z innymi podstawowymi parametrami, takimi jak obecność tlenu i temperatura) będzie miało kluczowe znaczenie dla zakończenia procesu oczyszczania ścieków. Pehametr odgrywa tutaj szczególną rolę.

Sam fakt, że pH wody jest zbyt niskie lub przeciwnie, zbyt wysokie jest decydującym czynnikiem wpływającym na fakt czy woda może przedostać się do środowiska (do jezior, rzek itp.), nie mówiąc już o odpowiednich do spożycia przez ludzi. Tylko z tego powodu konieczne jest sprawdzenie wartości pH wody za pomocą pehametru i skorygowanie jej w razie potrzeby. Ale jego efekty sięgają znacznie dalej w procesach oczyszczania. Na przykład w usuwaniu metali ciężkich i innych toksycznych pierwiastków nieorganicznych, których nie można usunąć w drodze wstępnego badania przesiewowego za pomocą środków fizycznych. Wartość pH lub stężenie jonów wodorowych lub grup hydroksylowych w środowisku wodnym, w zależności od tego, czy jest to środowisko kwaśne czy zasadowe, wpływa na to, czy dany związek metalu pozostaje rozpuszczony w wodzie, czy wręcz przeciwnie, reaguje z grupami hydroksylowymi, tworząc mniej lub bardziej nierozpuszczalne sole. To znacznie ułatwia oddzielenie od innych składników wody za pomocą jednej z pierwotnie opisanych metod fizycznych.

Każdy związek ma określone poziomy pH, przy którym możemy go znaleźć w takiej czy innej formie chemicznej, dlatego mądre zarządzanie i kontrola pH za pomocą urządzenia jakim jest miernik PH / PH metr będzie oznaczać sukces lub porażkę oczyszczania cieczy z niektórych pierwiastków. Wpływ pH jest decydujący w procesie eliminacji wszystkich rodzajów drobnoustrojów chorobotwórczych.

Te mikroorganizmy, takie jak Enterobacterium Escherichia coli, mogą być obecne w ściekach, na przykład w wyniku odprowadzania ścieków lub fekaliów. Zabieg polegający na obniżeniu pH poniżej pewnego poziomu (w zależności od patogenów, na które chcemy celować) może być niezwykle skuteczny w osiąganiu powiązanych celów. Oczywiste jest, że po takim zabiegu konieczne jest przywrócenie pH do wartości zbliżonych do neutralnych i zgodnych z resztą organizmów żywych przed uwolnieniem go do środowiska.

Zwłaszcza w przypadku chlorowania wody w celu przygotowania jej do spożycia i picia, wartość pH określona przez urządzenie typu miernik PH / PH metr ponownie decyduje o tym, czy proces oczyszczania jest naprawdę skuteczny, czy nie. Z powodów podobnych do tych, które już wspomniano dla innych związków nieorganicznych obecnych w wodzie, również w przypadku chloru wartość pH będzie miała decydujące znaczenie dla powstania tego czy innego rodzaju związku i zadecyduje o tym, czy chlor rzeczywiście rozwinie swoje działanie dezynfekujące czy nie. Oprócz innych czynników, które mogą mieć wpływ, takich jak twardość wody, wartości pH poniżej 6,5 - 6 lub powyżej 8 uniemożliwiają skuteczność procesu oczyszczania.

Jak powszechnie wiadomo, pH to nic innego jak miara aktywności jonów wodorowych w danym roztworze, a jego wartość ostatecznie decyduje o tym, jak kwaśne lub zasadowe jest środowisko, które jest mierzone za pomocą urządzenia typu miernik PH / PH metr. Tylko biorąc pod uwagę tę pierwszą definicję, wpływ na jakość zarówno żywności, jak i owoców i warzyw jest oczywisty: kwasowość będzie ostatecznie decydującym czynnikiem w definiowaniu smaku każdej żywności. Dlatego pomiar za pomocą urządzenia typu miernik PH / PH metr jest bardzo ważny. Wiadomo, że kwasowość bezpośrednio determinuje smak wielu surowców, takich jak niektóre owoce. W rzeczywistości większość pokarmów, zwłaszcza owoców, jest kwaśna, to znaczy ma wartości pH poniżej 7, co wskazuje na neutralność. Tylko nieliczne produkty spożywcze mają odczyn zasadowy, tj. mają wartość pH powyżej 7. Oznacza to, że produkty spożywcze można również badać urządzeniem typu miernik PH / PH metr.

Ale wartość pH wpływa nie tylko na smak wielu produktów spożywczych, które są rafinowane podczas ich produkcji w procesach fermentacji (w tym przypadku mówimy o produktach takich jak wino lub ser). Połączenie wartości pH i temperatury często ma bezpośredni wpływ na jakość i smak żywności, np. konsystencję żywności lub różne rodzaje smaków. Sprawdzanie wartości pH za pomocą miernika jakim jest miernik PH może wyraźnie odróżnić różnicę między produktem, który klienci są w stanie jednoznacznie zidentyfikować i docenić oraz za który są skłonni zapłacić wysoką cenę, a produktem gotowym do bezpośredniej utylizacji.

PH ma także zasadniczą rolę w sektorze rolno-spożywczym jakim jest konserwacja żywności. Od dawna wiadomo np., że stosowanie octu jest jedną z najskuteczniejszych metod konserwacji niektórych produktów spożywczych (przemysł peklowania). Dzieje się tak, ponieważ wysoka kwasowość konserwuje żywność. Jak wskazano wcześniej, prawie wszystkie mikroorganizmy mają znaczną wrażliwość na pH, a dotyczy to w szczególności mikroorganizmów (bakterii, grzybów itp.), które mogą być szkodliwe dla żywności oraz psuć jej marketing i konsumpcję.

Biorąc pod uwagę powyższe oczywistą staje się koniczność wykonywania, w przemyśle rolnym i spożywczym, pomiarów PH urządzeniem typu miernik PH / PH metr. Pomiar może być wykonywany, w zależności od potrzeb za pomocą mobilnego urządzenia typu miernik PH lub za pomocą miernika z elektrodami do pomiaru ciągłego, które pozwalają na znacznie bardziej intensywną kontrolę produkcji, gdy proces tego wymaga.

Elektrody urządzenia typu miernik PH / PH metr są zasadniczo przeznaczone do pomiaru przez bezpośrednie zanurzenie w roztworze wodnym. Jednak do pomiaru niektórych stałych produktów spożywczych, takich jak owoce, sery lub mięso, na rynku dostępne są już pehametry ze specjalnymi elektrodami (z ostrzami), za pomocą których można je włożyć bezpośrednio do samej żywności i zmierzyć jej wartość pH.

Dla wielu organizmów wodnych życie jest możliwe tylko wtedy, gdy pH mieści się w przedziale 5-9, dla niektórych organizmów nawet w węższym zakresie 6-8. Dotyczy to zarówno fauny jak i flory wodnej. Miernik PH / PH metr służy do ciągłego monitorowania ścieków, ponieważ zbyt wysokie lub zbyt niskie pH może mieć bardzo szkodliwy wpływ na środowisko, do którego są odprowadzane. Dlatego zanim ścieki trafią do rzek lub jezior, muszą zostać odpowiednio oczyszczone.

Nie wolno zapominać, że niektóre bakterie i inne organizmy odgrywają aktywną rolę w oczyszczaniu ścieków. W rzeczywistości bardzo ważne jest, aby oczyszczalnie ścieków stale monitorowały wartość pH ścieków za pomocą wbudowanych urządzeń typu miernik PH / PH metr. Oczyszczanie ścieków odbywa się poprzez obróbkę mechaniczną, biologiczną i chemiczną. Proces oczyszczania wody wymaga sekwencyjnego stosowania wszystkich trzech rodzajów uzdatniania. Jednak dopiero pH zbliżone do neutralnego lub pH 7 pozwala mikroorganizmom działać prawidłowo i skutecznie eliminować związki azotu i inne zanieczyszczenia podczas fazy oczyszczania mikrobiologicznego.

Pomiar wartości pH ścieków za pomocą urządzenia typu mernik PH / PH metr jest ważny także z innego powodu. Zbyt wysoka lub zbyt niska wartość pH może uszkodzić rury i instalacje techniczne. Kontrolowanie pH za pomocą urządzenia z kategorii miernik PH chroni również cement i metal przed korozją.

Istnieje wiele czynników, które wpływają na pH ścieków. Oczywiście w sektorze prywatnym należy wziąć pod uwagę stosowanie środków czyszczących, takich jak detergenty, płyny do płukania tkanin i inne produkty. Wiele z tych środków czyszczących ma zwykle odczyn zasadowy, o pH między 8 a 10, chociaż istnieją również bardziej kwaśne środki czyszczące. W zależności od rodzaju zanieczyszczenia stosuje się jeden lub inny rodzaj produktu.

Z drugiej strony istnieje sektor przemysłowy z jego zrzutami przemysłowymi. Wiele procesów przemysłowych wymaga zużycia milionów litrów wody rocznie. Na przykład w bielarniach lub zakładach wybielania tkanin ścieki są przeważnie dość kwaśne. Metalurgia odprowadza również kwaśną wodę. Wszystko to pokazuje, że ścieki rzadko mają odczyn obojętny. Z tego powodu konieczna jest neutralizacja ścieków. Zastosowanie urządzenia typu miernik PH, czy to stacjonarnego, czy przenośnego, umożliwia określenie najbardziej odpowiedniego uzdatniania wody.

Konwencjonalne elektrody pH ze szklaną membraną są zwykle projektowane jako system pomiarowy z jednym prętem i zintegrowaną elektrodą odniesienia. W urządzeniu typu miernik PH elektroda pomiarowa i elektroda odniesienia są umieszczone w szklanym pręciku zanurzonym w mierzonej substancji. Często w tym pręcie znajduje się również czujnik temperatury do automatycznej kompensacji temperatury. Miernik PH z tymi szklanymi elektrodami ma szeroki zakres pomiarowy, ale jest podatna na awarie. Przede wszystkim szklana membrana i diafragma elektrody odniesienia muszą być traktowane ostrożnie i utrzymywane w stanie przepuszczalności. Dlatego takie elektrody pH są często czyszczone i przechowywane w specjalnych roztworach do przechowywania. Miernik PH z tymi elektrodami należy regularnie kalibrować i regulować w krótkich odstępach czasu.

Jeśli wystarczająca dokładność nie jest już osiągana, elektrodę należy wymienić. W przypadku takiego urządzenia typu miernik PH określenie bezobsługowy w wielu stwierdzeniach odnosi się jedynie do faktu, że płyn elektrolityczny zastosowany w elektrodzie odniesienia nie musi być uzupełniany ani wymieniany.

Do ciągłego monitorowania wartości pH w procesach wskazane jest stosowanie urządzeń typu miernik PH ze specjalnymi elektrodami, które uzyskują precyzyjne wyniki pomiarów i nie wymagają lub rzadko wymagają serwisowania i kalibracji. Dużą zaletą jest wyłączenie elektrody pH w trakcie procesu, szczególnie w przypadku długotrwałych procesów, w których trzeba zareagować nawet na niewielkie odchylenia wartości pH oraz w takich, w których występują różne wartości pH musi być osiągnięty i utrzymywany w miarę upływu czasu, nie musi być usuwany do czyszczenia lub kalibracji. Wiele z niewymagających konserwacji elektrod pH można czyścić w automatycznych procedurach, które są dostosowane do danego przebiegu procesu, niektóre można również automatycznie kalibrować i regulować.

Do długotrwałych pomiarów w środowiskach przemysłowych, gdzie pomiary są wykonywane bezpośrednio w cieczy procesowej, często stosuje się pehametry z sondami, które nie tylko wymagają mniej konserwacji, ale są również bardziej odporne mechanicznie i chemicznie niż zwykłe elektrody szklane. Należą do nich na przykład elektrody pH wykorzystujące emalię jako warstwę wrażliwą na pH zamiast szklanej membrany oraz sondy pH mierzące przy użyciu technologii ISFET. ISFET to skrót od Ion Selective Field Effect Transistor. Dzięki czujnikom ISFET wartość pH jest określana na podstawie efektów pola, które występują, gdy gromadzą się jony.