Laboratuvar pH Cihazları

Elektrokimya; elektrot ve elektrolit arasındaki elektron transferlerini içeren bir çözeltide meydana gelen kimyasal reaksiyonların incelendiği bilim dalıdır. Elektrokimyasal ölçümlere şunlar dâhildir:

• pH
• İletkenlik (Cond)
• Oksidasyon indirgenme potansiyeli (ORP veya Redoks)
• İyon konsantrasyonu (ISE)
• Çözünmüş oksijen (DO)

pH, sulu çözeltilerin asitliğini veya alkaliliğini belirtmek için kullanılan bir ölçüdür. pH değeri, hidrojen iyonlarının konsantrasyonuyla (daha doğrusu aktivitesiyle) ilişkilidir. pH değeri 7’den düşük olan (hidrojen iyonu konsantrasyonu yüksek) çözeltiler asitli, pH değeri 7’den yüksek olan (hidrojen iyonu konsantrasyonu düşük) çözeltiler baziktir.

pH aşağıdaki amaçlar doğrultusunda ölçülür:

• Tanımlanmış özelliklere sahip ürünler üretmek
  
• Ürünleri düşük maliyetlerle üretmek
  
• İnsana, malzemeye ve çevreye zarar vermemek için ürünlerin kaliteli olmasını sağlamak
  
• Regülasyon şartlarını karşılamak
• Cihazı korumak
  
• Araştırma ve geliştirme amacıyla bilgi edinmek

Laboratuvar pH cihazları, aşağıda belirtilenler dâhil olmak üzere çeşitli endüstrilerde kullanılır:

• İlaç ve biyoteknoloji
• Süt ve süt ürünleri
• Toprak ve kanalizasyon arıtma
• Kozmetik
• Su filtreleme
  
• Gıda ve içecekler

Ayrıca, laboratuvar dışındaki uygulamalar için de pH cihazlarına ihtiyaç vardır. Bu uygulamalar, endüstriyel üretim tesislerinin içinde veya yakınında ve sahada (su, kanalizasyon, toprak vb. ölçmek için) yapılıyor olabilir .

pH ölçümleri için gereken araçlar pek karmaşık değildir ve doğru şekilde kullanıldığında güvenilir ölçümler sağlar. Normal bir laboratuvar pH cihazı, aşağıdakilerden oluşur:

• pH metre: Bir cam elektrodu ile bir referans elektrodu arasındaki voltaj farkını ölçerek pH değerini hesaplayan bir potansiyometre.
• Sensörler: Devreyi tamamlamak için kullanılan bir referans ve bir pH elektrodu. Günümüzde bunlar birleştirilebilir ve birleşik pH elektrotları olarak adlandırılır.

Diğer gerekli araçlar şunlardır:

• Kalibrasyon çözeltileri: Bir numunenin pH değerini ölçmeden önce, pH elektrodunun kalibrasyonu için bilinen pH değerlerine sahip iki veya daha fazla referans çözelti kullanılmalıdır.
• Numune: Numune, sulu bir çözelti olması veya pH ölçümü için yeterli miktarda su içermesi gereken, değeri ölçülecek çözeltidir.

Evet; pH ve iletkenlik ilişkili olmakla birlikte bu ilişki doğrusal veya mutlak şekilde değildir.
Bir pH sensörü adaptörü, sadece bir çözeltideki H⁺ değerine cevap verir; ancak iletkenlik söz konusu olduğunda sensörler, bir çözeltide bulunan tüm yüklü iyonların (anyonlar ve katyonlar) aktivitesini ölçer. İyonların konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa iletkenlik de o kadar yüksek olur.

Ayrıca, bir iyonun hareketliliğinin iletkenliği artırıcı bir etkisi vardır. Bir çözeltideki yaygın iyonlar arasında en hareketli katyon 350 birimle hidrojen iyonu [H⁺], en hareketli anyon ise 199 birimle hidroksil iyonudur [OH^-]. Diğer yaygın iyonlar, 40 ile 80 birim arasında değişen değerlere sahiptir. Bu, kuvvetli asidik (veya kuvvetli bazik) çözeltilerin yüksek iletkenliğe sahip olduğu anlamına gelir. pH, hidrojen iyon konsantrasyonunun ölçüm değeri olduğu için aşağıdaki kurallar geçerlidir:

• Asidik çözeltilerde (< pH 7): pH ne kadar düşükse (yani H⁺ konsantrasyonu ne kadar yüksekse) iletkenlik de o kadar yüksek olur.
  
• Alkali çözeltilerde (> pH 7): pH değeri arttıkça (OH^- iyonunun artması) iletkenlik de artar.
  
• Nötr pH (pH 7), H⁺ ve OH^- iyonlarının eşit konsantrasyonda olduğu durumdur. Ancak bu, çözeltinin, iletkenliğine katkıda bulunacak başka iyonlar içermediği anlamına gelmez.
  
  

Bir örnek ele alalım: Deiyonize suyun pH değeri teorik olarak 7,0 ve iletkenliği 0,055 µS/cm'dir. Buna NaCl tuzu eklerseniz elde edilen NaCl çözeltisi hâlâ nötr pH değerine sahip olur, ancak eklenen NaCl miktarına bağlı olarak çözeltinin iletkenliği büyük ölçüde artabilir.

Özetlemek gerekirse bir numunenin pH ve iletkenlik değerleri numunelerin her biri için ayrı olarak belirlenmelidir ve bu değerler teorik olarak ilişkili değildir.

pH ölçümleri, numunenin sıcaklığına bağlıdır. Aşağıdaki noktaları göz önüne almak önemlidir:

a. Sıcaklığın elektrodun eğimi üzerindeki etkisi:
pH elektrodu, ölçüm ve referans yarı hücre arasında bir potansiyel (mV) sağlar. Laboratuvar pH cihazı, sıcaklığa bağlı -2,3 x R x T/F faktörünü kullanarak bu potansiyelden pH değerini hesaplar. Burada R, üniversal gaz sabiti; T, Kelvin cinsinden sıcaklık; F ise Faraday sabitidir. 298°K'de (25°C), faktör -59,16 mV/pH'dır. Buna referans sıcaklıkta (25°C) elektrodun teorik eğimi denir. Eğim değerleri farklı sıcaklıklarda buna göre hesaplanabilir. Örneğin; 10°C'de -56,18 mV/pH, 20°C'de -58,17 mV/pH, 30°C'de -60,15 mV/pH vb. Sıcaklığın pH ölçümü üzerindeki bu etkisi, otomatik olarak (ATC) veya manuel sıcaklık ayarlaması (MTC) ile düzeltilir. Bu nedenle, bir numunenin sıcaklığını bilmek veya sıcaklık probu kullanmak önemlidir. Yanlış ayarlanmış bir sıcaklık, her 5°C farkta 0,12 pH birimlik hatayla sonuçlanır.

B. Sıcaklık, numunenin pH değerini etkiler:
Numunenin pH değeri, sıcaklığa bağlı olarak değişir. Bu, kimyasal bir etki olduğundan, her numune türü için özeldir. Bu etki ayarlanamaz; sadece gerçek sıcaklıktaki gerçek pH değeri görüntülenir. Bu nedenle, yalnızca aynı sıcaklıkta ölçülen pH değerlerini karşılaştırmak anlamlıdır.

İstisna: Birçok ticari tampon çözeltisinin pH değerinin sıcaklığa bağımlılığı, cihazda kaydedilir. Sonuç olarak, elektrot farklı sıcaklıklarda kalibre edilebilir çünkü ölçülen potansiyeller otomatik olarak 25°C veya 20°C'yi referans alır. Bu özellikten yararlanmak için doğru tampon grubunu seçmek ve kalibrasyon sırasında sıcaklığı ölçmek önemlidir.

İletkenlik ölçümü, büyük ölçüde sıcaklığa bağlıdır (her bir °C farkta yaklaşık %2 değişim). Sonuçlar, ancak tüm numunelerin sıcaklığı aynıysa veya değer belirli bir sıcaklığı referans alıyorsa karşılaştırılabilir.

Çoğu durumda, doğrusal sıcaklık ayarlaması yapılır. Operatör, referans sıcaklık olarak 20°C veya 25°C'yi seçmelidir. Ölçülen ve referans sıcaklık arasındaki fark daha sonra α (birim; %/°C) adı verilen bir ayarlama faktörü ile çarpılır ve bu da iletkenliği ayarlar.

Bunu doğru yapabilmek adına her bir numune için doğrusal ayarlama katsayısı (α) belirlenmelidir. Sıcaklık bağımlılığı doğrusal olarak kabul edilse de aslında bu "doğrusal" katsayının kendisi numunenin iyon konsantrasyonuna ve sıcaklığına bağlıdır. α için fabrika ayarı, %2,00/°C'dir. Five ve Seven serisi tüm pH ölçüm cihazlarında α, %0,00/°C (bu, hiçbir sıcaklık ayarlaması yapılmadığı anlamına gelir) ile %10/°C arasında ayarlanabilir.

METTLER TOLEDO pH Yeterlilik ve Destek Merkezi (pH CSC), doğrudan elektrokimyasal analizde uzmanlaşmış bir ekipten oluşur. Ekibin müşteriler, teknik destek, ürün yönetimi ve ürün geliştirmeyle yakın iletişimde olarak hızlı öneri ve etkili çözümler sağlaması nedeniyle bu servis hizmeti, pH analizi alanında son derece benzersizdir.

Sunulan teknik ve uygulamalı destek aşağıdaki ölçüm parametrelerini ve ilgili METTLER TOLEDO pH Laboratuvar cihazlarını kapsar:

• pH
• Redoks (ORP)
• İyon konsantrasyonu (ISE)
• İletkenlik
• Çözünmüş oksijen (DO)