pH-mérés – A pH-mérés elméleti útmutatója
Know How
Guide

pH-mérés – A pH-mérés elméleti útmutatója

Know How
Guide

Útmutató a pH-méréséhez – A laboratóriumi pH-alkalmazások elmélete

A helyes és pontos pH-mérés a készülékek és az elektródák megbízhatóságán múlik. A berendezések megfelelő kiválasztása, kezelése és karbantartása elengedhetetlen fontosságú az optimális eredmények elérése és a berendezés élettartamának meghosszabbítása szempontjából.
A helyes és pontos pH-mérés a készülékek és az elektródák megbízhatóságán múlik. A berendezések megfelelő kiválasztása, kezelése és karbantartása elengedhetetlen fontosságú az optimális eredmények elérése és a berendezés élettartamának meghosszabbítása szempontjából.

A pH-mérés elméleti útmutatójának középpontjában a laboratóriumban és a terepen végzett pH-mérés átlátható és gyakorlati ismertetése áll. Számos, a fontosabb pontokra vonatkozó tippet és tanácsot tartalmaz, valamint a későbbi részeiben a savassági és lúgossági mérések elméleti leírásával támasztja alá az egész ismertetett mérési eljárást. Figyelmet fordít a különböző elérhető pH-elektróda-típusokra, és kitér az
egyes meghatározott mintákhoz megfelelő elektródák kiválasztásának kritériumaira is.
 

Tartalomjegyzék:

  • Bevezetés a pH témakörébe
  • Az elektróda kiválasztása és kezelése
  • pH-mérések hibaelhárítási útmutatója
  • Átfogó pH-elmélet

 

Töltse le A pH-mérés elméleti útmutatójának ingyenes példányát, valamint ismerje meg a helyes és pontos pH-mérés alapjait. Szerezze meg a pH-val foglalkozó szakembereink hasznos tippjeit és tanácsait a laboratóriumban és a terepen végzett munkájához.

Olvasson bele A pH-mérés elméleti útmutatójába:

1. Bevezetés a pH témakörébe

Miért osztályozunk savasként egy olyan mindennapi folyadékot mint az ecet? Ennek oka, hogy az ecet feleslegben tartalmaz hidroxóniumionokat (H3O+), és ez a többlet savassá teszi az oldatokat. A feleslegben lévő hidroxidion (OH) pedig bázikussá vagy lúgossá (alkalikussá) teszi az anyagokat. A tiszta vízben a hidroxidionok semlegesítik a hidroxóniumionokat, ezért ezt az oldatot semleges pH-értékű oldatnak nevezzük.

H3O+ + OH ↔ 2 H2O

1. ábra

Egy sav és egy bázis reakciójából víz keletkezik. Ha egy anyag molekulái disszociáció révén hidrogénionokat vagy protonokat adnak le, akkor azt az anyagot savnak nevezzük, és az oldat kémhatása savassá válik. A legismertebb savak közé tartozik a sósav, a kénsav és az ecetsav, azaz az ecet. Az ecet disszociációja az alábbiakban látható:

CH3COOH + H2O ↔ CH3COO + H3O+

2. ábra Az ecetsav disszociációja.

Nem minden sav azonos erősségű. Azt, hogy egy oldat pontosan mennyire savas, a benne lévő hidrogénionok teljes száma határozza meg. Ezután a pH-érték a hidrogénion-koncentráció negatív logaritmusaként definiálható. (Pontosabban, ezt a hidrogénionok aktivitása határozza meg. A hidrogénionok aktivitásával kapcsolatos további információkért lásd a 4.2. fejezetet).

pH = –log [H3O+]

3. ábra A pH-érték hidroxóniumion-koncentrációból való kiszámításának képlete.

A savas és a lúgos anyagok közötti mennyiségi különbség pH-érték-méréssel határozható meg. A 4. ábrán példaként néhány mindennapi és vegyi anyag pH-értékei láthatók:

 

... A pH-mérés elméleti útmutatójából többet is megtudhat ...

 

1.1.   Savas vagy lúgos
1.2.   Miért mérik a pH-értéket?
1.3.   A pH-mérés eszközei
         a) pH-elektróda
         b) Referenciaelektródák
         c) Kombinációs elektródák
1.4.   Gyakorlati útmutató a helyes pH-méréshez
         a) Minta-előkészítés
         b) Kalibrálás
         c) pH-elektróda
         d) Várt mérési pontosság
1.5   pH-mérés lépésről lépésre

2. Az elektróda kiválasztása és kezelése

Az optimális pH-mérés érdekében először ki kell választani a megfelelő elektródát.


A mintával kapcsolatban megfontolandó legfontosabb kritériumok: kémiai összetétel, homogenitás, hőmérséklet, pH-tartomány és tartályméret (hosszúsági és szélességi korlátozások). Ez a választás különösen a nem vizes, alacsony vezetőképességű, nagy fehérjekoncentrációjú és viszkózus minták esetében válik fontossá, ahol az általános célú üvegelektródák eredményeit többféle hibaforrás torzíthatja.

Egy elektróda válaszideje és pontossága több tényezőtől függ. A szélsőséges pH-érték, illetve hőmérséklet, vagy alacsony vezetőképesség mellett végzett mérések időigénye meghaladhatja a szoba-hőmérsékletű, semleges pH-értékű, vizes oldatok vizsgálatáét.

A különböző mintatípusok jelentőségének különböző elektródajellemzőkből kiinduló magyarázata az alábbiakban olvasható. Tehát, ebben a fejezetben főként a kombinált pH-elektródákról lesz szó.

 

pH-mérés – A pH-mérés elméleti útmutatója
14. ábra Elektróda kerámiacsatlakozással.

a) Kerámiacsatlakozások

A pH-elektróda referenciarészén található nyílás – mely a mintával való érintkezés
fenntartására szolgál – számos különböző formában jelenhet meg. A különféle minták mérésekor az elektródákkal szemben
támasztott különböző követelmények miatt ezek
a formák idővel fejlődésnek indultak. Az „általános” csatlakozás
a legegyszerűbb forma, mely kerámiacsatlakozás néven is ismert. Egy, az elektróda
üvegszárán átnyomott, porózus kerámiadarabból áll
. Ez a porózus kerámiaanyag lehetővé teszi, hogy az elektrolit
lassan kilépjen az elektródából, azonban a nagy mértékű, szabad kiáramlást megakadályozza.
Ez a fajta csatlakozás a vizes
oldatokban végzett általános méréseknél rendkívül jól alkalmazható; a METTLER TOLEDO InLab®Routine Pro is egy ilyen
elektróda. Az efféle csatlakozás alapelvének sematikus rajza az alábbi,
14. ábrán látható.

... A pH-mérés elméleti útmutatójából többet is megtudhat ...

2.1.     Különböző csatlakozástípusok
           a) Kerámiacsatlakozások
           b) Hüvelyes csatlakozások/mattüveges csatlakozások
           c) Nyitott csatlakozások
2.2.     Referencia-rendszerek és elektrolitok
2.3.     A membránüvegek és membránformák típusai
2.4.     pH-elektródák specifikus alkalmazásokhoz
           Egyszerű minták
           Szennyezett minták
           Emulziók
           Félszilárd vagy szilárd minták
           Lapos minták és nagyon apró minták
           Apró minták és kihívást jelentő mintatartók
           InLab®Power (Pro)
2.5.     Az elektródák karbantartása
2.6.     Az elektródák tárolása
           Rövid távú tárolás
           Hosszú távú tárolás
           Hőmérséklet-szenzorok
2.7.     Az elektródák tisztítása
           Ezüst-szulfidos (Ag2S) eltömődés
           Ezüst-kloridos (AgCl) eltömődés
           Fehérjés eltömődés
           Egyéb csatlakozás-eltömődések
2.8.     Az elektróda regenerálása és élettartama
2.9.     További információk

 

3. pH-mérések hibaelhárítási útmutatója

A pH-mérés során felmerülő problémák különböző forrásokból eredhetnek: a mérőkészülékből, a kábelekből és az elektródákból, a pufferoldatból, a mérési hőmérsékletből és a mintából (alkalmazás). A probléma tüneteire érdemes kifejezett figyelmet fordítani, mivel ezek segítségével könnyebben meghatározható a hiba eredete. Az alábbi táblázatban a tünetek és az okok áttekintése olvasható:


Az értékek túl magasak/túl alacsonyak vagy a mérési tartományon kívül esnek „---”

  • Ellenőrizze a mérőkészüléket, a kábelt, az elektródát, a kalibrációs eljárást és a minta hőmérsékletét.

Az érték nem változik

  • Ellenőrizze a mérőkészüléket, a kábelt és az elektródát.

Lassú válaszidő

  • Ellenőrizze az elektródát és a mintát/alkalmazást.

Nagy eltolódás kalibrálás után

  • Ellenőrizze az elektródát, a pufferoldatokat és a kalibrációs eljárást.

Alacsony meredekség kalibrálás után

  • Ellenőrizze az elektródát, a pufferoldatokat és a kalibrációs eljárást.

Kalibrálási hiba

  • Ellenőrizze a mérőkészüléket, a kábelt, az elektródát, a pufferoldatokat és a kalibrációs eljárást.

Ingadozó mérési értékek

  • Ellenőrizze az elektródát és a mintát/alkalmazást.

 

... A pH-mérés elméleti útmutatójából többet is megtudhat ...

 

3.1.     A mérőkészülék és a kábel ellenőrzése
3.2.     A minta-hőmérséklet és az alkalmazás ellenőrzése
3.3.     A pufferek és a kalibrációs eljárás ellenőrzése
           Pufferhasználati tippek
3.4.     Az elektróda ellenőrzése

 

 

4. Átfogó pH-elmélet

A korábbi részek a pH-mérés gyakorlati vonatkozásait tárgyalták. Ez a fejezet elsősorban a pH-mérés elméleti hátterével foglalkozik, és azon olvasók számára készült, akik
mélyebben meg kívánják érteni a pH-elméletet.

Először ismerteti a pH-elmélet alapjait, majd áttekinti a szenzorelméletet, végül pedig kitér néhány speciális témakörre is.

4.1. A pH-érték definíciója

 

Sørensen szerint a pH a H3O+-ion-koncentráció negatív logaritmusaként definiálható:

pH = –log [H3O+]


Az egyenletből látható, hogy ha a H3O+-ion-koncentráció tízszeresére nő vagy tizedére csökken, akkor a pH-érték egy egységgel változik. Ez jól szemlélteti, mennyire fontos, hogy a minta apró pH-érték-változásai mérhetők legyenek.
A pH-elmélet leírása során gyakran a H+-ionok és a pH-értékek kapcsolatát használják, azonban helyesen a hidroxóniumionra (illetve az IUPAC szerinti hivatalos elnevezése: oxónium) (H3O+) kellene hivatkozni:

H+ + H2O ↔ H3O+


Nem csupán a savak és a bázisok mutatnak hidroxóniumionok vagy hidroxidionok keletkezésével járó disszociációs viselkedést, hanem ehhez hasonló módon a tiszta víz is hidroxóniumionokra és hidroxidionokra válik szét:

2 H2O ↔ H3O+ + OH



... A pH-mérés elméleti útmutatójából többet is megtudhat ...

 

4.1.     A pH-érték definíciója
4.2.     A koncentráció és az aktivitás közötti összefüggés
4.3.     Pufferoldatok
           Pufferkapacitás (ß)
           Hígítási érték (ΔpH)
           Hőmérsékleti hatás (ΔpH/ΔT)
4.4.     A pH-mérés beállításának mérési lánca
           pH-elektróda
           Referenciaelektróda
4.5.     A pH-mérés beállításának kalibrálása/módosítása
4.6.     A hőmérséklet hatása a pH-mérésekre
           Az elektróda hőmérsékletfüggése
           Izotermikus metszőpont
           További hőmérsékleti jelenségek
           A lemért minta hőmérsékletfüggése
4.7.     Speciális mérési megoldások esetén fellépő jelenségek
           „Lúgos” hibák
           „Savas” hibák
           A referenciaelektrolit reakciói
           Szerves hordozó

 

Thank you for visiting www.mt.com. We have tried to optimize your experience while on the site, but we noticed that you are using an older version of a web browser. We would like to let you know that some features on the site may not be available or may not work as nicely as they would on a newer browser version. If you would like to take full advantage of the site, please update your web browser to help improve your experience while browsing www.mt.com.