حساس جهد الأكسدة والاختزال (ORP) للمختبر

تُستخدم حساسات جهد الأكسدة والاختزال (ORP أو Redox) لمراقبة التفاعلات الكيميائية، أو قياس نشاط الأيونات، أو لتحديد خصائص الأكسدة أو الاختزال في المحلول. جهد الأكسدة والاختزال هو قياس الجهد الكهربائي لتفاعل الأكسدة والاختزال، وتحديد كمية الأكسدة أو الاختزال التي تحدث في ظل الظروف الحالية. توفر METTLER TOLEDO حساسات جهد أكسدة واختزال جديرة بالثقة للتطبيقات في المختبر والميدان.

يتكون إعداد قياس جهد الأكسدة والاختزال من القطب الكهربي لجهد الأكسدة والاختزال والقطب الكهربي المرجعي، بنفس طريقة قياس الأس الهيدروجيني.

يتمثل المبدأ الكامن وراء قياس جهد الأكسدة والاختزال في استخدام قطب كهربي معدني خامل (بلاتينيوم، وأحيانًا ذهب أو فضة)، والذي، نظرًا لمقاومته المنخفضة، سيتخلى عن الإلكترونات إلى المادة المؤكسدة أو يقبل الإلكترونات من المادة المختزلة. سيستمر القطب الكهربي لجهد الأكسدة والاختزال في قبول الإلكترونات أو التخلي عنها حتى يطور جهدًا، بسبب تراكم الشحنة، والذي يساوي جهد الأكسدة والاختزال الخاص بالمحلول.

تعمل الأقطاب الكهربية لجهد الأكسدة والاختزال على قياس جهد الأكسدة والاختزال وفقًا لمعادلة Nernst لجهد الخلية النصفية:

E = Eo + (2.3RT / nF) x (log [aOx] / [aRed])
حيث:

• E = جهد القطب الكهربي المقيس
• Eo = الجهد المحدد للنظام الخاضع للتحليل.
• R = ثابت الغاز العام
• T = درجة الحرارة المطلقة (K)
• n = عدد الإلكترونات المشاركة في التوازن بين الأنواع المؤكسدة والمختزلة.
• F = ثابت فاراداي (96500 كولوم)
• [ ] = يشير إلى نشاط الأيونات الموجودة بين قوسين

لمنع تعرية الفضة من سلك فضة من النوع المحسن للعنصر المرجعي، تم تكوين العنصر المرجعي ARGENTHAL™. يتكون العنصر المرجعي ARGENTHAL™ من خرطوشة صغيرة مملوءة بجزيئات كلوريد الفضة التي توفر أيونات الفضة للتفاعل الكيميائي عند سلك الرصاص. تحتوي هذه الخرطوشة على كمية كافية من كلوريد الفضة لتعمل بالصورة المطلوبة طوال العمر الافتراضي للقطب الكهربي.

بعد الاستخدام، اشطف القطب الكهربي جيدًا بماء مقطر وأغلق SafeLock™. ينبغي تخزين الأقطاب الكهربية المرتبطة بقياس جهد الأكسدة والاختزال في غطاء الترطيب الممتلئ بالإلكتروليت المرجعي (غالبًا 3 مول/لتر من كلوريد البوتاسيوم) أو محلول تخزين InLab. خزّن الخلية النصفية في حالة جافة. يجب تخزين القطب الكهربي في وضع مستقيم وفي درجة حرارة الغرفة.

راجع أدلة المستخدم للاطلاع على المعلومات الضرورية حول تخزين حساسات جهد الأكسدة والاختزال.
 

هناك عدة عوامل يمكن أن تؤدي إلى انسداد الحجاب العازل لحساس جهد الأكسدة والاختزال. على وجه الخصوص، تكون الوصلات المصنوعة من السيراميك أو غيرها من المواد المسامية عرضة للانسداد. الأسباب الأكثر شيوعًا مدرجة هنا إلى جانب إجراءات التنظيف الخاصة بكل منها:

الانسداد بكبريتيد الفضة (Ag₂S): إذا كان الإلكتروليت المرجعي يحتوي على أيونات الفضة وكانت العينة التي يجري قياسها تحتوي على كبريتيدات، فستتلوث الوصلة بترسبات كبريتيد الفضة. لتنظيف الوصلة من هذه الشوائب، نظفها باستخدام محلول مكون من 8% ثيوريا في 0.1 مول/لتر من كلوريد الهيدروجين لمدة 5-60 دقيقة (توفر METTLER TOLEDO منظِّف الثيوريا).

الانسداد بكلوريد الفضة (AgCl): قد تتفاعل أيضًا أيونات الفضة من الإلكتروليت المرجعي مع العينات التي تحتوي على أيونات الكلوريد، مما ينتج عنه رواسب من كلوريد الفضة. ويمكن إزالة هذه الرواسب بنقع القطب الكهربي في محلول أمونيا مركز "محلول مائي من غاز النشادر(35% NH₃ aq)".

الانسداد بالبروتينات: غالبًا ما يمكن تنظيف الوصلات الملوثة بالبروتينات بغمر القطب الكهربي في محلول مكون من البيبسين/كلوريد الهيدروجين (5% بيبسين في 0.1 مول/لتر من كلوريد الهيدروجين) لعدة ساعات (توفر METTLER TOLEDO منظِّف البيبسين-كلوريد الهيدروجين).

انسدادات الوصلة الأخرى: في حالة انسداد الوصلة بشوائب أخرى، حاول تنظيف حساس جهد الأكسدة والاختزال في حمام تنظيف بالموجات فوق الصوتية باستخدام الماء أو محلول من 0.1 مول/لتر من كلوريد الهيدروجين.

الأقطاب الكهربية للأكسدة/الاختزال المخبرية ذات الحلقة البلاتينية هي حساسات جهد الأكسدة والاختزال "القياسية". توجد لدينا أيضًا حساسات بأشكال هندسية ووصلات مختلفة (على سبيل المثال InLab Redox Micro وInLab Redox Pro). لا تُستخدَم أقطاب Redox الكهربية إلا في حالة حدوث تفاعل كيميائي لأي شيء في العينة مع البلاتين -- الفكرة الكامنة وراء حلقة المعدن النبيل هي عدم دخولها في أي تفاعلات كيميائية. أحد الأمثلة التي لا يوصى فيها باستخدام قطب كهربي بلاتيني لقياس جهد الأكسدة والاختزال، هو حمض الهيدروكلوريك المركز، لأنه قد تتكون مركبات Pt-Cl.

قياس الأكسدة والاختزال يعني قياس جهد الاختزال للمحلول. القيمة الأولية (القراءة بالمللي فولت) هي النتيجة النهائية.

إذا تم التحقق من القطب الكهربي الأكسدة والاختزال عن طريق القياس في محلول منظم 220 مللي فولت، وإذا لم يكن في حدود 220 ± 20 مللي فولت، فيجب تنظيف الحساس (وليس معايرته).

القيمة المتوقعة لحساس الأكسدة والاختزال هي 220 ± 20 مللي فولت. إذا لم يتم استيفاء هذه الحالة، فيُقترح تنظيف الحلقة المعدنية أو الدبوس، باستخدام منديل مبلل، ثم الشطف بماء مقطر ثم إعادة قياس القيمة بالمللي فولت في محلول منظم للأكسدة والاختزال 220 مللي فولت.

توجد طريقة أخرى لتنظيف وإزالة الرواسب من الحلقة المعدنية، وهي تكييفها بـ 0.1 مول/لتر من كلوريد الهيدروجين. كما يوصى في بعض الحالات بتغيير الإلكتروليت المرجعي.

لا يمكن استخدام مسبار الأس الهيدروجيني لقياسات الأكسدة والاختزال. تختلف مبادئ العمل التي تعتمد عليها الحساسات (الأس الهيدروجيني والأكسدة والاختزال).

جهد الأكسدة والاختزال هو قياس الجهد الكهربائي لتفاعل الأكسدة والاختزال، وكمية الأكسدة أو الاختزال التي تحدث في ظل الظروف الحالية. يمكن إجراء قياس جهد الأكسدة والاختزال باستخدام وضع المللي فولت لمقياس الأس الهيدروجيني. يكون عنصر الاستشعار هنا معدنيًا، وعادة ما يكون من البلاتين.

قيمة الأس الهيدروجيني هي قياس نشاط أيونات الهيدروجين (البروتونات) أو أيونات الهيدروكسيل في محلول مائي. عنصر الاستشعار هنا هو غشاء زجاجي حساس. يمكن تحديد الاختلاف الكمي بين المواد الحمضية والقلوية بواسطة إجراء قياسات قيمة الأس الهيدروجيني.

ومن ثمَّ، لا يمكن استخدام مسبار الأس الهيدروجيني لقياسات الأكسدة والاختزال. ويمكن تفسير ذلك بمثال جيد أدناه.

يحتوي المحلول العياري للأكسدة والاختزال 220 مللي فولت الخاص بنا على الأس الهيدروجيني 7. إذا قمت بالقياس في وضع جهد الأكسدة والاختزال (وضع المللي فولت) باستخدام الحساس ذي الحلقة البلاتينية، فستحصل على حوالي 220 مللي فولت. ولكن إذا قمت بالقياس باستخدام القطب الكهربي للأس الهيدروجيني، فإن المقياس يعرض حوالي 0 مللي فولت. والسبب هو أن الحساسين المختلفين حساسان لأنواع محاليل مختلفة: القطب الكهربي للأكسدة والاختزال حساس لأيونات المعادن، والقطب الكهربي للأس الهيدروجيني حساس للبروتونات.

قد يريد شخص ما تصحيح القراءة لأي إزاحة، على سبيل المثال، لمعرفة الجهد مقابل قطب هيدروجين قياسي بدلًا من مرجع الفضة (Ag)/كلوريد الفضة (AgCl). ومن ثمَّ، يتم إجراء قياسات المللي فولت النسبية، ويجب إدخال الإزاحة في معلمات القياس.

يتضمن أحد أكبر التطبيقات التي تستخدم جهد الأكسدة والاختزال تطهير المياه. تستخدم محطات مياه الشرب البلدية، على سبيل المثال، مؤكسدات قوية مثل الكلور لقتل البكتيريا والميكروبات الأخرى، ولمنع نموها في خطوط إمداد المياه.

يمكن العثور على قياس جهد الأكسدة والاختزال في تطبيقات متنوعة مثل التطهير، وصناعة النبيذ، والطلاء بالكهرباء، والتعدين. تُعد تفاعلات الأكسدة والاختزال من الممارسات الشائعة في معالجة مياه الصرف الصناعي إما لاختزال أو أكسدة المكونات قبل التفريغ. تُعد معالجة مياه الصرف بالسيانيد مثالًا شائعًا على تفاعل الأكسدة في تطبيقات معالجة المعادن.

تُعد الكرومات مادة كيميائية شائعة الاستخدام في الطلاء بالكهرباء للمعادن لتغيير الخواص الكيميائية. يُعد المركب سامًا وتجب إزالته من مياه الصرف للحد من انتشاره في البيئة. يتم التحكم في اختزال الكرومات من الكروم سداسي التكافؤ إلى الكروم ثلاثي التكافؤ في الأس الهيدروجيني في الظروف الحمضية ومراقبته باستخدام جهد الأكسدة والاختزال.

نعم، يوجد لدينا InLab Redox-L لتطبيقات المعامل التي تتضمن أوعية طويلة لقياسات جهد الأكسدة والاختزال. يتيح ممر القناة الماصة الطويل للغاية إجراء القياسات في الأوعية العميقة أو البراميل أو المفاعلات التجريبية. بالنسبة للعينات المتوفرة بأحجام صغيرة، فإن InLab Redox Micro هو الاختيار المناسب. يتيح قطر ممر قناة الماصة النحيف قياس أحجام العينات الصغيرة جدًا.