실험실 ORP 센서

산화 환원 전위(ORP) 또는 산화 환원 전위 센서는 화학 반응을 모니터링하거나, 이온 활성을 정량화하거나, 용액의 산화 또는 환원 속성을 측정하는 데 사용됩니다. ORP는 산화 환원 반응의 전위를 측정하여 기존 조건에서 발생하는 산화 또는 환원의 양을 측정합니다. 메틀러 토레도는 실험실 및 현장 Application을 위한 신뢰할 수 있는 ORP 센서를 제공합니다.

ORP 측정 설정은 pH 측정과 거의 동일한 방식으로 ORP 전극과 기준 전극으로 구성됩니다.

ORP 측정의 기본 원리는 불활성 금속 전극(백금, 때로는 금 또는 은)을 사용하는 것입니다. 이 전극은 낮은 저항으로 인해 전자를 산화제에 내주거나 환원제에서 전자를 받아들입니다. ORP 전극은 용액의 ORP와 동일한 축적 전하로 인해 전위가 발생할 때까지 전자를 계속 받아들이거나 내줍니다.

ORP 전극은 Nernst 하프 셀 전위 방정식에 따라 산화 환원 전위를 측정합니다.

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

• E = 측정된 전극 전위
• Eo = 분석 중인 시스템에 특정한 전압.
• R = 범용 가스 상수
• T = 절대 온도(K)
• n = 산화된 종과 환원된 종 사이의 평형에 관여하는 전자의 수.
• F = 패러데이 상수(96500 쿨롱)
• [ ] = 괄호에 묶인 이온의 활성을 나타냄

Ag 와이어에서 Ag의 박리를 방지하기 위해 개선된 유형의 기준 요소인 ARGENTHAL™ 기준 요소가 생성되었습니다. The ARGENTHAL™ 기준 요소는 리드오프 선에서의 화학적 반응을 하는 은 이온을 공급한 염화은 입자로 채워진 작은 카트리지로 구성됩니다. 이 카트리지에는 전극의 수명 기간 동안 사용하기에 충분한 염화이온이 포함되어 있습니다.

사용 후에는 전극을 증류수로 잘 헹구고 SafeLock™을 닫습니다. ORP 전극은 기준 전해질(대개 3 mol/L KCl) 또는 InLab 보관 용액으로 채워진 습식 캡에 보관해야 합니다. 하프 셀을 건조한 상태로 보관합니다. 전극은 세워서 실온에 보관해야 합니다.

ORP 센서 보관에 대한 필수 정보는 사용자 매뉴얼을 참조하십시오.
 

여러 요인으로 인해 ORP 센서 다이어프램이 막힐 수 있습니다. 특히, 세라믹 또는 다른 다공성 재료로 만들어진 접합부는 막히기 쉽습니다. 가장 빈번하게 발생하는 원인과 그에 따른 세척 절차는 다음과 같습니다.

황화은(Ag₂S)으로 인한 막힘: 기준 전해질에 은이온이 함유되어 있고 측정 샘플이 황화물을 포함하고 있는 경우, 접합부는 황화은 침전물로 인해 오염될 수 있습니다. 이러한 원인으로 오염된 접합부를 세척하려면 5-60분 동안 0.1 mol/L HCl용액에 8% thiourea가 포함된 용액으로 세척합니다(Thiourea 세척제는 메틀러 토레도에서 구입할 수 있습니다.).

염화은(AgCl)으로 인한 막힘: 기준 전해질의 은 이온은 염화이온이 포함되어 있는 샘플과 반응하여 AgCl 침전물을 생성합니다. 이러한 침전물은 농축 암모니아 용액(35% NH₃ 수용액)에 전극을 담가둠으로써 제거할 수 있습니다.

단백질로 인한 막힘: 단백질로 오염된 접합부는 전극을 pepsin/HCI(0.1 mol/L HCl 내 5 % pepsin)용액에 몇 시간 동안 담가서 세척합니다(Pepsin-HCl 세척제는 메틀러 토레도에서 구매하실 수 있습니다).

다른 접합부 막힘: 접합부가 다른 이물질로 인해 막히는 경우 물 또는 0.1 mol/L HCl 용액으로 초음파 수조 내에서 ORP 센서를 세척합니다.

백금 링이 있는 실험실 산화 환원 전극은 “표준” ORP 센서입니다. 메틀러 토레도에는 다양한 기하학적 구조와 접합부를 가진 센서도 있습니다(예: InLab Redox Micro, InLab Redox Pro). 샘플 내 어떠한 물질이 백금과 화학 반응을 겪을 경우에만 산화 환원 전극이 사용됩니다. 귀금속 링의 숨은 목적은 어떠한 화학 반응에도 관여하지 않게 하는 것입니다. 백금 산화 환원 전극을 권장하지 않는 한 가지 사례는 농염산의 경우인데, 이 경우 Pt-Cl 복합물이 생성될 수 있기 때문입니다.

산화 환원 측정은 용액의 환원 전위를 측정하는 것을 의미합니다. 원시 값(mV 판독값)이 최종 결과입니다.

산화 환원 전극이 220 mV 버퍼 용액에서 측정하여 검증되고 220 ± 20 mV 내에 있지 않은 경우, 센서를 세척해야 합니다(교정하지 않아야 함).

산화 환원 센서의 예상 값은 220 ± 20 mV입니다. 이 조건이 충족되지 않으면 젖은 티슈를 사용하여 금속 링 또는 핀을 세척하고 증류수로 헹군 다음 산화 환원 버퍼 220 mV에서 mV 값을 다시 측정하는 것이 좋습니다.

금속 링에서 침전물을 세척 및 제거하는 또 다른 방법은 0.1 mol/L HCl로 전처리하는 것입니다. 또한 어떤 경우에는 기준 전해질을 교체하는 것이 좋습니다.

pH 프로브는 산화 환원 측정에 사용할 수 없습니다. 센서(pH 및 산화 환원)의 기본 작동 원리는 서로 다릅니다.

ORP는 산화 환원 반응의 전위와 기존 조건에서 얼마나 많은 산화 또는 환원이 발생하는지 측정합니다. ORP 측정은 pH 측정기의 밀리볼트 모드를 사용하여 수행할 수 있습니다. 여기에서 감지 요소는 금속, 일반적으로 백금입니다.

pH 값은 수용액에서 수소 이온(양성자) 또는 수산기 이온의 활성도를 측정한 것입니다. 여기에서 감지 요소는 유리 감응 멤브레인입니다. 산성 및 알칼리성 물질의 정량적 차이는 pH 값 측정을 수행하여 결정될 수 있습니다.

따라서, pH 프로브는 산화 환원 측정에 사용할 수 없습니다. 이는 아래의 좋은 예를 통해 설명할 수 있습니다.

메틀러 토레도의 산화 환원 표준물질 220 mV의 pH는 7입니다. 백금 링 센서를 사용하여 ORP 모드(mV 모드)에서 측정하면 약 220 mV가 됩니다. 그러나 pH 전극으로 측정하면 측정기가 약 0 mV를 표시합니다. 그 이유는 두 개의 서로 다른 센서가 용액 내의 다른 종, 예를 들어, 금속 이온에 대한 산화 환원 전극과 양성자에 대한 pH 전극에 민감하기 때문입니다.

예를 들어, 누군가가 Ag/AgCl 기준 대신 수소 표준 전극에 대한 전위를 알기 위해 오프셋에 대한 판독값을 수정하려고 할 수 있습니다. 따라서, 상대 mV 측정이 수행되며 측정 파라미터에 오프셋을 입력해야 합니다.

ORP를 사용하는 가장 큰 Application 중 하나는 용수 소독입니다. 예를 들어, 도시 식수 공급은 염소와 같은 강력한 산화제를 사용하여 박테리아 및 기타 미생물을 죽이고 용수 공급 라인에서 박테리아가 증식하는 것을 방지합니다.

ORP 측정은 소독, 포도주 양조, 전기 도금 및 광업과 같은 다양한 Application에서 찾을 수 있습니다. 산화 환원 반응은 배출 전의 성분 환원 또는 산화를 위한 산업 폐수 처리에서 일반적인 관행입니다. 시안화물 폐수 처리는 금속 가공 Application에서 산화 반응의 일반적인 예입니다.

크롬산은 화학적 특성을 변경하기 위해 금속을 전기 도금할 때 일반적으로 사용되는 화학물질입니다. 이 화합물은 독성이 있으며 환경 방출을 제한하기 위해 폐수에서 제거해야 합니다. 6가 크롬에서 3가 크롬으로의 크롬산 환원은 산성 조건에서 pH가 제어되고 ORP로 모니터링됩니다.

예, ORP 측정을 위해 긴 용기가 필요한 실험실 Application의 경우에는 InLab Redox-L이 있습니다. 보다 긴 샤프트로 깊은 용기, 통 또는 시험 반응기에서 측정이 가능합니다. 소량으로 제공되는 샘플의 경우, InLab Redox Micro가 적합합니다. 슬림한 샤프트 직경으로 초소형 샘플 부피 측정이 가능합니다.