Laboratoryjny czujnik ORP

Czujniki potencjału oksydacyjno-redukcyjnego (ORP) lub potencjału redoks służą do monitorowania reakcji chemicznych, ilościowego określania aktywności jonowej lub określania właściwości utleniających lub redukujących roztworu. ORP to pomiar potencjału elektrycznego reakcji redoks, który określa stopień utlenienia lub redukcji zachodzącej w istniejących warunkach. METTLER TOLEDO dostarcza niezawodne czujniki ORP do zastosowań w laboratorium i w terenie.

Konfiguracja do pomiarów ORP jest bardzo podobna jak w przypadku pomiarów pH i składa się z elektrody ORP oraz elektrody referencyjnej.

Zasada pomiaru ORP polega na zastosowaniu elektrody z metalu obojętnego (platyny, a czasami złota lub srebra), która ze względu na niską rezystancję odda elektrony utleniaczowi lub przyjmie elektrony z reduktora. Elektroda ORP będzie przyjmować lub oddawać elektrony, dopóki ze względu na nagromadzony ładunek nie wytworzy potencjału, który jest równy ORP roztworu.

Elektrody ORP mierzą potencjał redoks zgodnie z równaniem potencjału półogniwa Nernsta:

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

• E = zmierzony potencjał elektrody
• Eo = napięcie właściwe dla analizowanego systemu
• R = uniwersalna stała gazowa
• T = temperatura bezwzględna (K)
• n = liczba elektronów wytwarzających równowagę między formami utlenionymi i zredukowanymi
• F = stała Faradaya (96 500 kulombów)
• [ ] = oznacza aktywność jonów w nawiasach

Aby zapobiec usuwaniu Ag z drutu Ag, opracowano udoskonalony typ elementu referencyjnego ARGENTHAL™. Element referencyjny ARGENTHAL™ składa się z małego wkładu wypełnionego cząsteczkami AgCl, które dostarczają jonów srebra do reakcji chemicznej w przewodzie wyprowadzającym. Wkład ten zawiera ilość AgCl, która wystarcza na cały okres użytkowania elektrody.

Po użyciu należy dokładnie wypłukać elektrodę wodą destylowaną i zamknąć mechanizm SafeLock™. Elektrody redoks (ORP) należy przechowywać z nasadką nawilżającą napełnioną elektrolitem referencyjnym (najczęściej roztwór KCl o stężeniu 3 moli/l) lub roztworem do przechowywania inLab. Półogniwo należy przechowywać w stanie suchym. Elektrodę należy przechowywać w pozycji pionowej w temperaturze pokojowej.

W podręcznikach użytkownika można znaleźć niezbędne informacje na temat przechowywania czujników redoks.
 

Niektóre czynniki mogą powodować zatkanie membrany czujnika redoks. Na zatkanie narażone są szczególnie złącza wykonane z materiałów ceramicznych lub innych materiałów porowatych. Poniżej opisano najczęstsze przyczyny zatkania wraz z odpowiednimi procedurami czyszczenia:

Zatkanie osadem siarczku srebra (Ag₂S): jeśli elektrolit referencyjny zawiera jony srebra, a badana próbka zawiera siarczki, złącze ulega zanieczyszczeniu osadem siarczku srebra. W celu jego usunięcia złącza należy przez 5–60 minut czyścić roztworem zawierającym 8% tiomocznika w HCl o stężeniu 0,1 mola/l (środek czyszczący na bazie tiomocznika jest dostępny w ofercie METTLER TOLEDO).

Zatkanie osadem chlorku srebra (AgCl): jony srebra z elektrolitu referencyjnego mogą też reagować z próbkami zawierającymi jony chlorkowe i tworzyć osad AgCl. Osad ten można usunąć przez moczenie elektrody w stężonym wodnym roztworze amoniaku (35% NH₃).

Zatkanie białkami: złącza zanieczyszczone białkami zwykle można oczyścić przez zanurzenie elektrody w roztworze pepsyny w HCl (5% pepsyny na 0,1 mola/l HCl) na kilka godzin (środek czyszczący na bazie pepsyny i HCl jest dostępny w ofercie METTLER TOLEDO).

Inne przyczyny zatkania: w przypadku zatkania złącza innymi zanieczyszczeniami należy spróbować oczyścić czujnik redoks w kąpieli ultradźwiękowej wypełnionej wodą lub roztworem HCl o stężeniu 0,1 mola/l.

„Standardowe” czujniki redoks to czujniki redoks z pierścieniem platynowym. Oferujemy czujniki w wersjach o różnej geometrii i z różnymi złączami (np. InLab Redox Micro lub InLab Redox Pro). Innego typu elektrody redoks są używane wyłącznie wtedy, gdy którykolwiek składnik próbki reaguje z platyną – pierścień z metalu szlachetnego z założenia nie powinien brać udziału w żadnej reakcji chemicznej. Na przykład platynowe elektrody redoks nie są zalecane do próbek zawierających stężony kwas solny, ponieważ w tych warunkach mogą powstać kompleksy Pt-Cl.

Pomiar redoks oznacza pomiar potencjału redukcyjnego roztworu. Wynikiem końcowym jest wartość surowa (odczyt w mV).

Jeśli elektroda redoks zostanie zweryfikowana przez pomiar w roztworze buforowym 220 mV i nie mieści się w zakresie 220 ± 20 mV, należy ją wyczyścić (nie wywzorcować).

Oczekiwana wartość dla czujnika redoks wynosi 220 ± 20 mV. Jeśli ten warunek nie jest spełniony, zaleca się wyczyszczenie metalowego pierścienia lub styku wilgotną chusteczką, a następnie spłukanie wodą destylowaną i ponowne zmierzenie wartości mV w buforze redoks 220 mV.

Innym sposobem oczyszczenia metalowego pierścienia i usunięcia osadów jest kondycjonowanie go roztworem HCl o stężeniu 0,1 mol/l. W niektórych przypadkach zalecana jest również wymiana elektrolitu referencyjnego.

Sondy pH nie można używać do pomiarów redoks. Zasady działania czujników (pH i redoks) są różne.

ORP to pomiar potencjału elektrycznego reakcji redoks oraz skali utleniania lub redukcji zachodzących w istniejących warunkach. Pomiar redoks można wykonać za pomocą ph-metru w trybie miliwoltowym. Elementem pomiarowym jest tutaj metal, zazwyczaj platyna.

Wartość pH to zmierzona aktywność jonów wodorowych (protonów) lub jonów hydroksylowych w roztworze wodnym. Elementem pomiarowym jest szklana membrana. Różnicę ilościową między substancjami kwaśnymi i zasadowymi można określić przez wykonanie pomiarów wartości pH.

Dlatego sonda pH nie może służyć do pomiarów redoks. Można to dobrze wyjaśnić na poniższym przykładzie.

Nasz wzorzec redoks 220 mV ma pH równe 7. Jeśli wykonujesz pomiar w trybie ORP (mV) za pomocą platynowego pierścienia, uzyskasz około 220 mV. Jeśli jednak wykonasz pomiar elektrodą pH, miernik wskaże około 0 mV. Powodem jest to, że te dwa czujniki są czułe na różne substancje w roztworze: elektroda redoks na jony metali, a elektroda pH na protony.

Możliwe, że ktoś chce skorygować odczyt o dowolne przesunięcie, na przykład aby poznać potencjał standardowej elektrody wodorowej zamiast wzorca Ag/AgCl. W związku z tym wykonuje się względne pomiary mV i trzeba wprowadzić przesunięcie w parametrach pomiaru.

Jednym z najważniejszych zastosowań wykorzystujących pomiary redoks jest dezynfekcja wody. Przykładem mogą być wodociągi miejskie. Wykorzystują one silne utleniacze, takie jak chlor, które zabijają bakterie i inne drobnoustroje oraz zapobiegają ich rozwojowi w rurach wodociągowych.

Pomiary redoks można napotkać w różnych zastosowaniach, takich jak dezynfekcja, produkcja wina, galwanizacja czy górnictwo. Reakcje redoks są powszechną praktyką w przemysłowych oczyszczalniach ścieków, gdzie redukuje się lub utlenia składniki przed zrzutem. Typowym przykładem reakcji utleniania jest oczyszczanie ścieków z cyjanków w zastosowaniach związanych z obróbką metali.

Chromiany to substancje chemiczne powszechnie stosowane w galwanizacji metali, które zmieniają właściwości chemiczne. Są toksyczne i należy je usunąć ze ścieków, aby ograniczyć uwalnianie do środowiska. Redukcja chromianu z chromu sześciowartościowego do chromu trójwartościowego jest kontrolowana z użyciem pH w warunkach kwasowych i monitorowana za pomocą ORP.

Tak, do zastosowań laboratoryjnych, w których wykorzystuje się długie naczynia do pomiarów redoks, oferujemy model InLab Redox-L. Bardzo długi trzonek umożliwia pomiary w głębokich naczyniach, beczkach lub reaktorach pilotowych. W przypadku próbek dostępnych w małych ilościach najlepszym wyborem jest InLab Redox Micro. Niewielka średnica trzonka umożliwia pomiar próbek o bardzo małej objętości.