Pomiar pH — przewodnik po teorii pH - METTLER TOLEDO
Wiedza fachowa
Przewodniki

Pomiar pH — przewodnik po teorii pH

Wiedza fachowa
Przewodniki
Warunkiem uzyskania prawidłowych i dokładnych pomiarów pH jest korzystanie z niezawodnych mierników i elektrod. Właściwy dobór, obsługa i konserwacja urządzeń ma kluczowe znaczenie dla uzyskania optymalnych wyników i przedłużenia okresu eksploatacji miernika.
Warunkiem uzyskania prawidłowych i dokładnych pomiarów pH jest korzystanie z niezawodnych mierników i elektrod. Właściwy dobór, obsługa i konserwacja urządzeń ma kluczowe znaczenie dla uzyskania optymalnych wyników i przedłużenia okresu eksploatacji miernika.

Instrukcja pomiaru pH — teoria laboratoryjnych zastosowań pH


Przewodnik po teorii pH przedstawia jasny i praktyczny opis pomiaru pH w laboratorium i w terenie. Podano w nim wiele porad i wskazówek dotyczących ważnych punktów, a pełny opis pomiaru jest wsparty teoretycznym opisem pomiaru kwasowości i zasadowości. Sporo uwagi poświęcono także różnym rodzajom dostępnych elektrod pH oraz kryteriom wyboru elektrody
dla konkretnej próbki.
 

Spis treści:

  • Wprowadzenie do teorii pH.
  • Wybór i obsługa elektrody
  • Rozwiązywanie problemów podczas pomiarów pH
  • Kompleksowa teoria pH

 

Pobierz bezpłatny Przewodnik po teorii pH i poznaj podstawy prawidłowych i dokładnych pomiarów pH. Uzyskaj przydatne porady i wskazówki od naszych specjalistów z dziedziny pH i wykorzystaj je w codziennej pracy w laboratorium i w terenie.

Podgląd Przewodnika po teorii pH:

1. Wprowadzenie do teorii pH

Dlaczego używane na co dzień ciecze, takie jak ocet, zaliczamy do cieczy kwaśnych? Wynika to z faktu, że ocet zawiera nadmiar jonów hydroniowych (H3O+), który stanowi o kwasowym charakterze roztworu. Z kolei nadmiar jonów hydroksylowych (OH) w danym produkcie sprawia, że ma on charakter zasadowy albo alkaiczny. W czystej wodzie jony hydroniowe są równoważone przez jony hydroksylowe, a o takim roztworze mówimy, że ma neutralną wartość pH.

H3O+ + OH ↔ 2 H2O

Rysunek 1.

Woda tworzy się w reakcji kwasu i zasady. Jeśli cząsteczki substancji wskutek dysocjacji wydzielają jony lub protony wodorowe, substancję taką nazywamy kwasem, a roztwór staje się kwaśny. Do najbardziej znanych kwasów należą kwas solny, kwas siarkowy i kwas octowy albo ocet. Poniżej przedstawiono dysocjację octu:

CH3COOH + H2O ↔ CH3COO + H3O+

Rysunek 2. Dysocjacja kwasu octowego.

Kwasy mają różną moc. O poziomie kwasowości decyduje łączna liczba jonów wodoru w roztworze. Wartość pH definiuje się wówczas jako ujemny logarytm stężenia jonów wodoru. (Ściśle mówiąc, decyduje o niej aktywność jonów wodoru. Aby uzyskać dodatkowe informacje na temat aktywności jonów wodorowych, patrz rozdział 4.2).

pH = –log [H3O+]

Rysunek 3. Wzór na obliczanie wartości pH ze stężenia jonów wodoru.

Różnicę ilościową między substancjami kwaśnymi i zasadowymi można określić przez wykonanie pomiarów wartości pH. Na rys. 4 podano kilka przykładów wartości pH powszechnie stosowanych substancji i środków chemicznych:

 

... dowiedz się więcej z Przewodnika po teorii pH ....

 

1.1.   Kwaśny czy zasadowy
1.2.   Dlaczego wartości pH podlegają pomiarom?
1.3.   Narzędzia do pomiaru pH
         a) Elektroda pH
         b) Elektrody referencyjne
         c) Elektrody kombinowane
1.4.   Praktyczne instrukcje prawidłowego pomiaru pH
         a) Przygotowanie próbki
         b) Kalibracja
         c) Elektroda pH
         d) Oczekiwana dokładność pomiaru
1.5   Instrukcje pomiaru pH krok po kroku

2. Wybór i obsługa elektrody

Aby wykonać optymalne pomiary pH, należy wybrać najpierw właściwą elektrodę.


Najważniejsze kryteria próbek, jakie należy wziąć pod uwagę: skład chemiczny, jednorodność, temperatura, zakres pH oraz wielkość pojemnika (ograniczenia długości i szerokości). Wybór zyskuje na znaczeniu w przypadku próbek bezwodnych, o niskiej przewodności, dużej zawartości białka i wysokiej lepkości, ponieważ w tym przypadku szklane elektrody ogólnego zastosowania są narażone na rozmaite błędy.

Czas reakcji i dokładność elektrody zależą od kilku czynników. Pomiary wykonywane w skrajnych wartościach pH i temperaturach albo przy niskiej przewodności mogą zająć więcej czasu niż pomiary roztworów wodnych w temperaturze pokojowej i o neutralnym odczynie pH.

Znaczenie różnego rodzaju próbek wyjaśniono poniżej przez przyjęcie różnych właściwości elektrody jako punktu wyjściowego. W rozdziale tym omawiamy głównie elektrody kombinowane.

 

Pomiar pH — przewodnik po teorii pH
Rysunek 14. Elektroda ze złączem ceramicznym.

a) Złącza ceramiczne

Otwór umieszczony w części referencyjnej elektrody pH zapewnia utrzymanie kontaktu
z próbką może mieć kilka form. Formy te
wykształciły się z biegiem czasu ze względu na różne wymagania
stawiane elektrodom przy pomiarze zróżnicowanych próbek. Najprostszym rodzajem złącza jest „złącze standardowe”
znane jako złącze ceramiczne. Składa się
z porowatego elementu ceramicznego, który jest umieszczony wewnątrz szklanego korpusu
elektrody. Porowaty materiał ceramiczny pozwala na powolny
wypływ elektrolitu z elektrody, ale nie dopuszcza do swobodnego wylewu.
Ten rodzaj złącza doskonale nadaje się do standardowych pomiarów w roztworach
wodnych; Przykładem takiej elektrody jest
METTLER TOLEDO InLab®Routine Pro. Schemat zasady działania tego złącza
pokazano na rys. 14.

.. dowiedz się więcej z Przewodnika po teorii pH ....

2.1.     Różne rodzaje złączy
           a) Złącza ceramiczne
           b) Złącza tulejowe / złącza z polerowanego szkła
           c) Złącza otwarte
2.2.     Systemy referencyjne i elektrolity
2.3.     Typy szkła membranowego i kształtów membrany
2.4.     Elektrody pH do konkretnych zastosowań
           Łatwe próbki
           Brudne próbki
           Emulsje
           Próbki półstałe i stałe
           Próbki płaskie i bardzo małe próbki
           Małe próbki i pojemniki na trudne próbki
           InLab®Power (Pro)
2.5.     Konserwacja elektrody
2.6.     Przechowywanie elektrod
           Przechowywanie krótkoterminowe
           Przechowywanie długoterminowe
           Czujniki temperatury
2.7.     Czyszczenie elektrody
           Zatkanie siarczkiem srebra (Ag2S)
           Zatkanie chlorkiem srebra (AgCl)
           Zatkanie białkami
           Inne przypadki zatkania złącza
2.8.     Regeneracja i czas eksploatacji elektrody
2.9.     Informacje dodatkowe

 

3.Rozwiązywanie problemów podczas pomiarów pH

Problemy, które powstają podczas pomiarów pH, mogą mieć różne przyczyny: od miernika, kabla i elektrody po roztwory buforowe, temperaturę pomiaru i próbkę (aplikacja), Szczególną uwagę należy zwrócić na symptomy problemu, gdyż pomagają one zlokalizować źródło wady. W poniższej tabeli przedstawiono opis symptomów i przyczyn:


Zbyt wysokie lub zbyt niskie odczyty lub odczyty poza skalą „---”

  • Sprawdź miernik, kabel, elektrodę, procedurę kalibracji i temperaturę próbki

Wartość się nie zmienia

  • Sprawdź miernik, kabel i elektrodę

Krótki czas reakcji

  • Sprawdź elektrodę i próbkę/aplikację

Duże przesunięcie po kalibracji

  • Sprawdź elektrodę, roztwory buforowe i procedurę kalibracji

Małe nachylenie po kalibracji

  • Sprawdź elektrodę, roztwory buforowe i procedurę kalibracji

Błąd kalibracji

  • Sprawdź, miernik, kabel, elektrodę, roztwory buforowe i procedurę kalibracji

Wartości dryftu pomiaru

  • Sprawdź elektrodę i próbkę/aplikację

 

... dowiedz się więcej z Przewodnika po teorii pH ....

 

3.1.     Kontrola miernika i kabla
3.2.     Kontrola temperatury próbki i aplikacji
3.3.     Kontrola buforów i procedury kalibracji
           Kilka porad na temat stosowania buforów
3.4.     Sprawdzenie elektrody

 

 

4. Kompleksowa teoria pH

W poprzednich rozdziałach omówiliśmy praktyczne aspekty pomiarów pH. W tym rozdziale zajmiemy się teoretycznym kontekstem pomiarów pH. Jest on skierowany do czytelników, którzy chcą pogłębić
wiedzę na temat teorii pH.

Podamy najpierw podstawową teorię pH, następnie przyjrzymy się teoretycznym zasadom działania czujnika, a na końcu zajmiemy się kilkoma szczególnymi zagadnieniami.

4.1. Definicja wartości pH

 

Sørenson definiuje pH jako ujemny logarytm stężenia jonu H3O+:

pH = –log [H3O+]


Z tego równania widać, że koncentracja jonu H3O+ zmienia się co dziesięć jednostek, natomiast wartość pH zmienia po jednej jednostce. To znakomicie ilustruje, jak ważna jest możliwość pomiaru nawet małych zmian wartości pH próbki.
Teorię pH opisuje się często za pomocą jonów H+ w połączeniu z wartościami pH, chociaż właściwym wyznacznikiem jest jon hydroniowy (według oficjalnej nomenklatury IUPAC: jon oksoniowy (H3O+):

H+ + H2O ↔ H3O+


Właściwości dysocjacyjne skutkujące powstawaniem jonów hydroniowych i hydroksylowych wykazują nie tylko kwasy i zasady, ale także czysta woda:

2 H2O ↔ H3O+ + OH



... dowiedz się więcej z Przewodnika po teorii pH ....

 

4.1.     Definicja wartości pH
4.2.     Korelacja między stężeniem i aktywnością
4.3.     Roztwory buforowe
           Pojemność buforowa (ß)
           Wartość rozcieńczenia (ΔpH)
           Efekt temperatury (ΔpH/ΔT)
4.4.     Łańcuch pomiaru w konfiguracji pomiaru pH
           elektroda pH
           Elektroda referencyjna
4.5.     Kalibracja/adiustacja konfiguracji pomiaru pH
4.6.     Wpływ temperatury na pomiary pH
           Oddziaływanie temperatury na elektrodę
           Skrzyżowanie izotermiczne
           Inne zjawiska termiczne
           Oddziaływanie temperatury na mierzoną próbkę
4.7.     Zjawiska w przypadku pomiarów specjalnych
           Błąd zasadowy
           Błąd kwasowy
           Reakcje z elektrolitem referencyjnym
           Czynniki organiczne

 

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.