เซ็นเซอร์ ORP สำหรับห้องปฏิบัติการ

เซ็นเซอร์ตรวจหาศักย์การเกิดออกซิเดชันรีดักชัน (ORP) หรือเซ็นเซอร์วัดค่าศักย์รีด็อกซ์ใช้เพื่อติดตามตรวจสอบปฏิกิริยาทางเคมี วัดปริมาณกิจกรรมของไอออน หรือตรวจหาสมบัติการออกซิไดซ์หรือการรีดิวซ์ของสารละลาย ORP คือการตรวจวัดศักย์ไฟฟ้าของปฏิกิริยารีด็อกซ์ โดยจะหาปริมาณการเกิดออกซิเดชันหรือการรีดิวซ์ภายใต้สภาวะที่มีอยู่ METTLER TOLEDO มีเซ็นเซอร์ ORP ที่น่าเชื่อถือสำหรับการใช้งานในห้องปฏิบัติการและในภาคสนาม

ระบบการตรวจวัด ORP ประกอบด้วยอิเล็กโทรด ORP และอิเล็กโทรดอ้างอิงในลักษณะเดียวกับการตรวจวัดค่า pH

หลักการสำคัญของการตรวจวัด ORP คือการใช้อิเล็กโทรดโลหะเฉื่อย (แพลทินัม บางครั้งก็เป็นทองคำหรือเงิน) ซึ่งจะให้อิเล็กตรอนแก่ตัวออกซิไดซ์หรือรับอิเล็กตรอนจากตัวรีดิวซ์ เนื่องจากมีความต้านทานต่ำ อิเล็กโทรด ORP จะยังคงรับหรือให้อิเล็กตรอนต่อไปจนกว่าจะมีศักย์ไฟฟ้าเกิดขึ้นอันเนื่องมาจากประจุที่สะสมอยู่ ซึ่งเท่ากับ ORP ของสารละลาย

อิเล็กโทรด ORP จะตรวจวัดค่าศักย์รีด็อกซ์ตามสมการหาค่าศักย์ไฟฟ้าครึ่งเซลล์ของเนินสต์ (Nernst Half-Cell Potential Equation) ดังนี้

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

• E = ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดที่วัดได้
• Eo = แรงดันไฟฟ้าจำเพาะต่อระบบที่ทำการวิเคราะห์
• R = ค่าคงที่ของก๊าซ
• T = อุณหภูมิสัมบูรณ์ (K)
• n = จำนวนอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องในสมดุลระหว่างสารที่ถูกออกซิไดซ์กับสารที่ถูกรีดิวซ์
• F = ค่าคงที่ฟาราเดย์ (96,500 คูลอมบ์)
• [ ] = หมายถึงกิจกรรมของไอออนที่อยู่ในวงเล็บ

ส่วนอ้างอิง ARGENTHAL™ ซึ่งเป็นส่วนอ้างอิงประเภทที่ผ่านการปรับปรุงให้ดีขึ้น สร้างมาเพื่อป้องกันไม่ให้เงิน (Ag) หลุดออกจากลวดเงิน ส่วนอ้างอิง ARGENTHAL™ ประกอบด้วยกระเปาะขนาดเล็กซึ่งบรรจุอนุภาค AgCl ที่มีซิลเวอร์ไอออนสำหรับทำปฏิกิริยาทางเคมีที่ลวดนำ กระเปาะนี้มี AgCl เพียงพอสำหรับใช้งานได้ตลอดอายุการใช้งานของอิเล็กโทรด

ให้ล้างอิเล็กโทรดจนสะอาดด้วยน้ำกลั่นหลังการใช้งาน แล้วปิด SafeLock™ อิเล็กโทรด ORP ควรเก็บรักษาไว้ในฝาปิดแบบเปียกที่มีอิเล็กโทรไลต์อ้างอิง (ส่วนใหญ่เป็น KCl 3 โมล/ลิตร) หรือในสารละลายสำหรับการเก็บรักษา InLab จัดเก็บอิเล็กโทรดครึ่งเซลล์ไว้ในที่แห้ง ควรจัดเก็บอิเล็กโทรดโดยให้อยู่ในตำแหน่งตั้งตรงและอยู่ ณ อุณหภูมิห้อง

ตรวจสอบข้อมูลที่จำเป็นเกี่ยวกับการเก็บรักษาเซ็นเซอร์ ORP ได้ในคู่มือผู้ใช้
 

ปัจจัยที่อาจทำให้ไดอะแฟรมของเซ็นเซอร์ ORP อุดตันมีอยู่หลายข้อด้วยกัน จุดเชื่อมต่อที่ทำด้วยเซรามิกหรือวัสดุที่มีรูพรุนอื่นๆ มีแนวโน้มที่จะเกิดการอุดตันมากเป็นพิเศษ เราได้รวบรวมสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดไว้ที่นี่ พร้อมขั้นตอนการทำความสะอาดที่เกี่ยวข้อง ดังนี้

การอุดตันจากซิลเวอร์ซัลไฟด์ (Ag₂S): หากอิเล็กโทรไลต์อ้างอิงมีซิลเวอร์ไอออนและตัวอย่างที่วัดค่ามีซัลไฟด์ จุดเชื่อมต่อจะเกิดการปนเปื้อนจากตะกอนซิลเวอร์ซัลไฟด์ หากต้องการทำความสะอาดจุดเชื่อมต่อที่มีการปนเปื้อนนี้ ให้ล้างด้วยไทโอยูเรีย 8% ในสารละลาย HCl 0.1 โมล/ลิตร นาน 5 - 60 นาที (METTLER TOLEDO มีสารทำความสะอาดไทโอยูเรียพร้อมจำหน่าย)

การอุดตันจากซิลเวอร์คลอไรด์ (AgCl): ซิลเวอร์ไอออนจากอิเล็กโทรไลต์อ้างอิงอาจทำปฏิกิริยากับตัวอย่างที่มีคลอไรด์ไอออนด้วยเช่นกัน ซึ่งจะส่งผลให้เกิดตะกอน AgCl ตะกอนนี้กำจัดได้โดยแช่อิเล็กโทรดในสารละลายแอมโมเนียเข้มข้น (NH₃ ที่ใช้น้ำ 35% เป็นตัวทำละลาย)

การอุดตันจากโปรตีน: จุดเชื่อมต่อที่ปนเปื้อนด้วยโปรตีนมักทำความสะอาดได้ด้วยการจุ่มอิเล็กโทรดในสารละลายเพปซิน/HCl (เพปซิน 5% ใน HCl 0.1 โมล/ลิตร) เป็นเวลาหลายชั่วโมง (METTLER TOLEDO มีน้ำยาทำความสะอาด Pepsin-HCl พร้อมจำหน่าย)

การอุดตันของจุดเชื่อมต่อแบบอื่นๆ: หากจุดเชื่อมต่ออุดตันด้วยสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ ให้ลองทำความสะอาดเซ็นเซอร์ ORP ในอ่างอัลตราโซนิกที่มีน้ำหรือสารละลาย HCl 0.1 โมล/ลิตร

อิเล็กโทรดรีด็อกซ์สำหรับห้องปฏิบัติการที่มีวงแหวนแพลทินัมถือว่าเป็นเซ็นเซอร์ ORP “มาตรฐาน” เรามีเซ็นเซอร์หลากหลายรูปทรงและจุดเชื่อมต่อให้เลือกอีกด้วย (เช่น InLab Redox Micro และ InLab Redox Pro) อิเล็กโทรดรีด็อกซ์จะใช้เมื่อตัวอย่างต้องทำปฏิกิริยาทางเคมีกับแพลทินัมเท่านั้น สาเหตุที่วงแหวนทำจากโลหะมีตระกูลก็เพื่อไม่ให้มีผลต่อปฏิกิริยาเคมีใดๆ กรณีหนึ่งที่ไม่แนะนำให้ใช้อิเล็กโทรดรีด็อกซ์แพลทินัมคือเมื่อมีกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้น เนื่องจากอาจเกิดสารเชิงซ้อน Pt-Cl ได้

การตรวจวัดค่ารีด็อกซ์หมายถึงการตรวจวัดศักยภาพการเกิดรีดักชันของสารละลาย ค่าดิบ (ค่า mV ที่อ่านได้) จะเป็นผลลัพธ์สุดท้าย

หากอิเล็กโทรดรีด็อกซ์ได้รับการตรวจสอบโดยการตรวจวัดค่าในสารละลายบัฟเฟอร์ 220 mV แล้วหากค่าไม่อยู่ภายใน 220 ± 20 mV ก็จะต้องทำความสะอาดเซ็นเซอร์ (และไม่ได้สอบเทียบ)

ค่าที่คาดหวังสำหรับเซ็นเซอร์รีด็อกซ์คือ 220 ± 20 mV หากไม่เป็นไปตามเงื่อนไขนี้ ขอแนะนำให้ทำความสะอาดวงแหวนหรือขาโลหะโดยใช้กระดาษทิชชู่เปียก ตามด้วยการล้างด้วยน้ำกลั่น แล้วตรวจวัดค่า mV อีกครั้งในบัฟเฟอร์รีด็อกซ์ 220 mV

วิธีทำความสะอาดและคราบสะสมออกจากวงแหวนโลหะอีกวิธีหนึ่งก็คือ การปรับสภาพวงแหวนด้วย HCI 0.1 โมล/ลิตร นอกจากนี้ ขอแนะนำให้เปลี่ยนอิเล็กโทรไลต์อ้างอิงในบางกรณี

ไม่สามารถใช้หัววัดค่า pH ตรวจวัดค่ารีด็อกซ์ได้ หลักการทำงานสำคัญของเซ็นเซอร์ทั้งสอง (สำหรับวัดค่า pH และรีด็อกซ์) จะแตกต่างกัน

ORP คือการตรวจวัดศักย์ไฟฟ้าของปฏิกิริยารีด็อกซ์ และดูว่ามีการเกิดออกซิเดชันหรือการรีดิวซ์ภายใต้สภาวะที่มีอยู่มากน้อยเพียงใด การวัดค่า ORP สามารถทำได้โดยใช้โหมดมิลลิโวลต์ของเครื่องวัดค่า pH องค์ประกอบการตรวจวัดนี้ทำจากโลหะ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นแพลทินัม

ค่า pH คือการตรวจวัดกิจกรรมของไฮโดรเจนไอออน (โปรตอน) หรือไฮดรอกซิลไอออนในสารละลายที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบ องค์ประกอบการตรวจวัดนี้เป็นเมมเบรนแก้วที่มีความไว ความแตกต่างเชิงปริมาณระหว่างสารที่เป็นกรดกับสารที่เป็นด่างสามารถระบุได้จากการตรวจวัดค่า pH

ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้หัววัดค่า pH ตรวจวัดค่ารีด็อกซ์ได้ ซึ่งตัวอย่างด้านล่างนี้จะช่วยอธิบายได้เป็นอย่างดี

ค่ามาตรฐานรีด็อกซ์ 220 mV ของเรามีค่า pH อยู่ที่ 7 หากคุณตรวจวัดด้วยโหมด ORP (โหมด mV) โดยใช้เซ็นเซอร์วงแหวนแพลทินัม คุณจะได้ค่าราวๆ 220 mV แต่ถ้าคุณวัดค่าด้วยอิเล็กโทรดวัดค่า pH เครื่องวัดจะแสดงค่าประมาณ 0 mV ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะเซ็นเซอร์ต่างชนิดกัน 2 ตัวมีความไวต่อสารในสารละลายไม่เหมือนกัน ซึ่งอิเล็กโทรดรีด็อกซ์จะไวต่อไอออนของโลหะ และอิเล็กโทรดวัดค่า pH จะไวต่อโปรตอน

บางคนอาจต้องการแก้ไขค่าออฟเซตที่อ่านได้ เพื่อให้ทราบค่าศักย์ไฟฟ้าโดยเทียบกับอิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐานแทนระบบอ้างอิง Ag/AgCl เป็นต้น ดังนั้น จึงมีการตรวจวัดค่า mV สัมพัทธ์ และจำเป็นต้องป้อนค่าออฟเซตในพารามิเตอร์การตรวจวัด

การใช้งานสำคัญที่สุดอย่างหนึ่งที่ต้องอาศัย ORP ก็คือ การฆ่าเชื้อในน้ำ ตัวอย่างเช่น แหล่งน้ำดื่มในเขตเทศบาลจะใช้ตัวออกซิไดซ์ที่แรงอย่างคลอรีน เพื่อฆ่าเชื้อแบคทีเรียและจุลินทรีย์อื่นๆ รวมถึงป้องกันไม่ให้เชื้อเหล่านี้เจริญเติบโตในท่อจ่ายน้ำ

มีการนำการตรวจวัด ORP ไปใช้ในงานประเภทต่างๆ หลากหลาย อาทิ การฆ่าเชื้อ การผลิตไวน์ การชุบด้วยไฟฟ้า และการทำเหมืองแร่ ปฏิกิริยารีด็อกซ์เป็นแนวทางการปฏิบัติทั่วไปในการบำบัดน้ำเสียจากอุตสาหกรรม โดยมีจุดประสงค์เพื่อให้สารประกอบต่างๆ เกิดรีดักชันหรือออกซิเดชันก่อนปล่อยน้ำทิ้ง การบำบัดไซยาไนด์ในน้ำเสียเป็นตัวอย่างปฏิกิริยาออกซิเดชันที่พบได้ทั่วไปในงานแปรรูปโลหะ

โครเมตเป็นสารเคมีที่มักใช้เพื่อเปลี่ยนแปลงสมบัติทางเคมีในการชุบโลหะเคลือบผิวด้วยไฟฟ้า สารประกอบนี้เป็นพิษและจำเป็นต้องกำจัดออกจากน้ำเสียเพื่อจำกัดการปล่อยสารดังกล่าวออกสู่สิ่งแวดล้อม ปฏิกิริยารีดักชันโครเมตที่เปลี่ยนเฮกซะวาเลนต์โครเมียมให้กลายเป็นไตรวาเลนต์โครเมียมนั้น มีการควบคุมค่า pH ให้อยู่ที่สภาวะเป็นกรด และติดตามตรวจสอบโดยใช้ ORP

มี เรามี InLab Redox-L สำหรับการใช้งานในห้องปฏิบัติการที่ต้องใช้ภาชนะแบบยาวเพื่อตรวจวัด ORP ก้านวัดที่ยาวเป็นพิเศษช่วยให้สามารถตรวจวัดในภาชนะ ถัง หรือเครื่องปฏิกรณ์ทดลองที่มีความลึกได้ สำหรับตัวอย่างปริมาณน้อย ตัวเลือกที่เหมาะที่สุดคือ InLab Redox Micro เส้นผ่านศูนย์กลางของก้านวัดที่เพรียวบางช่วยให้สามารถตรวจวัดตัวอย่างที่มีปริมาณน้อยมากๆ ได้