Выбор и эксплуатация датчика pH - METTLER TOLEDO

Выбор и эксплуатация датчика pH

 

Для оптимального измерения pH необходимо выбрать правильный датчик. Нужно учитывать следующие характеристики измеряемого образца:

  • химический состав;
  • однородность;
  • температура;
  • давление в технологической среде;
  • диапазон рН;
  • размер емкости (ограничения по длине и ширине).

Выбор датчика особенно важен  для образцов неводных растворов, образцов с низкой электропроводностью или высоким содержанием белка, а также вязких образцов. В этих случаях использование стеклянных электродов общего назначения может привести к ошибкам.

Время отклика и точность показаний датчика pH зависят от ряда факторов. Измерения при критических температурах и значениях pH, равно как и при низкой электропроводности, могут занимать больше времени, чем измерение водных растворов высокой проводимости с нейтральным pH при комнатной температуре. Ниже показаны различия между образцами разных типов, в качестве отправной точки используются различные характеристики датчика.

  

Разные типы диафрагмы

Выбор и эксплуатация датчика pH
Выбор датчика pH
Выбор и эксплуатация датчика pH
Датчик pH с керамической диафрагмой

Керамическая диафрагма

Отверстие для контакта пробы с электродом сравнения датчика рН  может иметь разную форму. Со временем форма контактного отверстия (диафрагмы) изменялась из-за повышения требований к электродам при измерении разнообразных образцов. Стандартная керамическая   диафрагма — самый простой тип диафрагмы. Она состоит из кусочка пористой керамики, который вставлен в стеклянный стержень электрода. Электролит постепенно просачивается сквозь поры, но не вытекает из электрода.

Диафрагма такого типа хорошо подходит для стандартных измерений в водных растворах. В датчиках МЕТТЛЕР ТОЛЕДО серии InPro 325x для измерения pH используется именно такая диафрагма. Хотя керамическая диафрагма очень широко применяется для измерений в водных растворах благодаря своей простоте, у нее есть один большой недостаток: ее поры относительно легко засоряются,  особенно при работе с вязкими образцами и суспензиями.

Проявлять осторожность приходится и с некоторыми водными растворами, например, растворами с высоким содержанием белка, поскольку белок коагулирует внутри диафрагмы при контакте с эталонным электролитом, который часто содержит KCl. Коагуляция белка приводит к блокированию пор и выходу датчика pH  из строя. Если электролит не просачивается свободно сквозь поры, измерение невозможно, так как его потенциал становится нестабильным.

Подобная проблема может возникнуть, если внутренний электролит вступает в реакцию с раствором образца внутри диафрагмы. В результате такой реакции может образоваться осадок, блокирующий диафрагму. Например, если для измерения образцов, содержащих сульфиды, используется раствор KCl, насыщенный AgCl, то взаимодействие серебра с сульфидами приводит к осаждению нерастворимой соли Ag2S. В биотехнологических, фармацевтических и химических процессах часто используются  датчики pH c жидкостным или гелевым электролитом, заполненные под давлением в заводских условиях. Такая конструкция обеспечивает оптимальные рабочие характеристики в различных условиях эксплуатации.

Кольцевая диафрагма из ПТФЭ

Кольцевая диафрагма из ПТФЭ, в отличие от керамической, имеет увеличенную поверхность контакта со средой во избежание засорения. В технологической среде с высокой концентрацией частиц измерение и контроль рН затруднены. Кольцевые диафрагмы из ПТФЭ для электродов сравнения (например, серииInPro 480x) предназначены для эксплуатации в жестких условиях. Они устойчивы к загрязнению углеводородами и сульфидами и гарантируют высокую точность и быстрый отклик в течение длительного срока службы. Оптимальный вариант для технологической среды, содержащей частицы и агрессивные вещества, —  датчик pH  с плоской стеклянной мембраной.

  

Выбор и эксплуатация датчика pH
Пример датчика pH с диафрагмой из ПТФЭ
Выбор и эксплуатация датчика pH
Пример датчика pH с открытой диафрагмой

Открытая диафрагма

Третий тип диафрагмы — открытая диафрагма. В диафрагме такой конструкции эталонный электролит ничем не отделен от окружающей среды и находится в непосредственном контакте с образцом. В таких датчиках в качестве эталонного применяется только твердый полимерный электролит.

Большим преимуществом такой диафрагмы является отсутствие возможности засорения. Открытая диафрагма обеспечивает качественные измерения даже в случае сильного загрязнения проб. К сожалению, твердый полимерный электролит системы сравнения увеличивает время отклика и уменьшает поток электролита. Для получения стабильных результатов измерений в этом случае необходимо, чтобы концентрация ионов в образце была достаточно высокой. Тем не менее, такие электроды   очень надежны и пригодны для измерения практически любых образцов. 

Электрод с двойной мембраной без диафрагмы

Технологическая среда хлор-щелочного процесса для обычных датчиков рН слишком агрессивна. В этих условиях электроды подвергаются воздействию высоких температур, засоряются и отравляются разными веществами. При мембранном электролизе особенно жесткие условия возникают на аноде. Хлор диффундирует через диафрагму и нарушает систему сравнения. Это приводит к неверному измерению рН и сокращает срок эксплуатации датчика.

Добиться достоверных результатов измерения рН можно с помощью датчиков МЕТТЛЕР ТОЛЕДО  InPro 4850 i. Это датчики рН с двойной мембраной, которые разработаны специально для точного и длительного измерения в среде хлор-щелочного процесса. Основное отличие датчиков с двойной мембраной от обычных датчиков pH — система с натриевым электродом сравнения (pNa). В таких датчиках используется стеклянная мембрана, чувствительная к ионам натрия, которая способна заряжаться этими ионами в технологической среде. Концентрация натрия в солевом растворе используется в качестве точки сравнения. Система сравнения, чувствительная к ионам натрия pNa, герметично закрыта: диафрагмы нет, следовательно, никакие окислители не могут проникнуть к электроду и нарушить систему сравнения. В мембранах таких датчиков  используется стойкое к щелочам стекло. Применение системы с натриевым электродом сравнения позволяет успешно измерять рН в агрессивной среде хлор-щелочного процесса.

Выбор и эксплуатация датчика pH
Датчик рН с двойной мембраной

И это еще не все.

 
 
 
 
 
 
 
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.