 |
Doğru ve kesin pH ölçümleri için güvenilir pH ölçüm enstrümanları ve elektrotları gereklidir. Doğru ekipman seçimi, kullanım ve bakım; en iyi sonuçları ve uzun enstrüman ömrünü elde etmede çok önemlidir. |
pH Ölçümü Kılavuzu - Laboratuvar pH Uygulamalarının Teorisi
Bu pH Teori Kılavuzu, laboratuvar ve çalışma ortamında pH ölçümünün nasıl yapılacağına dair net ve pratik bir tanım vermek üzere odaklanır. Önemli noktalar için birçok ipucu ve püf noktası verilmektedir ve tüm ölçüm tanımı, asitlik ve alkalilik ölçümlerinin teorik tanımıyla desteklenmektedir. Ayrıca mevcut pH elektrotlarının farklı türlerine ve belirli bir numune için doğru
elektrodu seçme kriterlerine odaklanılmıştır.
İçindekiler:
- pH Teorisine Giriş.
- Elektrot seçimi ve kullanımı
- pH ölçümleri için sorun giderme kılavuzu
- Kapsamlı pH teorisi
pH Teori Kılavuzunun Ön İzlemesi:
1. pH Giriş
Sirke gibi gündelik bir sıvıyı niçin asidik olarak sınıflandırırız? Bunun nedeni sirkenin fazla miktarda hidronyum iyonu (H3O+) içermesi ve bu hidronyum iyonlarının çözeltiyi asidik hale getirmesidir. Buna karşın fazla hidroksil iyonları (OH–) bir maddeyi bazik veya alkali yapabilir. Hidronyum iyonları saf suda hidroksil iyonları tarafından nötrleştirilir ve bu çözeltiye nötr pH değeri denir.
H3O+ + OH– ↔ 2 H2O
Figure 1.
Asit ve baz tepkimesi suyu oluşturur. Bir maddenin molekülleri çözünme sırasında hidrojen iyonları veya proton açığa çıkarırsa bu maddeye asit denir ve çözelti de asidiktir. Bilinen asitlerden bazıları hidroklorik asit, sülfürik asit ve asetik asit veya sirkedir. Sirkenin çözünmesi aşağıda gösterilmektedir:
CH3COOH + H2O ↔ CH3COO– + H3O+
Figure 2. Asetik asidin çözünmesi.
Her asit eşit güçte değildir. Bir maddenin ne kadar asitli olduğu, çözeltideki toplam hidrojen iyonu sayısına göre belirlenir. pH değeri, hidrojen iyon konsantrasyonunun negatif logaritması olarak tanımlanır. (Tam olarak hidrojen iyonlarının etkinliği ile belirlenir. Hidrojen iyonlarının etkinliği hakkında daha fazla bilgi için bölüm 4.2'ye bakın).
pH = –log [H3O+]
Şekil 3. Hidronyum iyonu konsantrasyonundan pH değerini hesaplama formülü.
Asidik ve bazik maddeler arasındaki miktar farklılığı, pH değeri ölçümleri yapılarak belirlenebilir. Bazı gündelik madde ve kimyasalların pH değerlerine ilişkin örnekler şekil 4'te verilmiştir:
... pH Teori Kılavuzu'nda daha fazla bilgi edinin...
1.1. Asidik veya bazik
1.2. pH değerleri neden ölçülür?
1.3. pH ölçümleri için aletler
a) pH elektrodu
b) Referans elektrodu
c) Kombinasyon elektrot
1.4. Doğru pH ölçümleri için pratik kılavuz
a) Numune hazırlama
b) Kalibrasyon
c) pH Elektrodu
d) Beklenen ölçüm doğruluğu
1.5 pH ölçümleri için ayrıntılı kılavuz
2. Elektrot seçimi ve kullanımı
En iyi pH ölçümleri için öncelikle doğru elektrot seçilmelidir.
Dikkate alınması gereken en önemli numune kriterleri şunlardır: kimyasal bileşim, homojenlik, sıcaklık, pH aralığı ve reaktör boyutu (uzunluk ve genişlik sınırlamaları). Seçim, genel amaçlı cam elektrotların çeşitli hata kaynaklarına tabi olduğu susuz, düşük iletkenliğe sahip, protein açısından zengin ve viskoz numuneler için özellikle önemlidir.
Bir elektrodun yanıt süresi ve doğruluğu bir dizi faktöre bağlıdır. Uç pH değerlerinde ve sıcaklıklarda veya düşük iletkenlikte yapılan ölçümler, nötr pH değerine sahip oda sıcaklığındaki sulu çözeltilerde yapılan ölçümlerden daha uzun zaman alabilir.
Farklı numune türlerinin önemi, farklı elektrot özelliklerini bir başlangıç noktası alarak aşağıda açıklanmaktadır. Çoğunlukla kombine pH elektrotları da bu bölümde ele alınmaktadır.
a) Seramik bağlantı noktası
Bir pH elektrodunun referans parçasının numune ile teması
koruyabilmek için içerdiği açıklık birkaç farklı biçimde olabilir. Bu
biçimler, çeşitli numuneleri ölçerken elektrotlara verilen
farklı talepler nedeniyle zamanla değişir. 'Standart' bağlantı noktası
en kolayıdır ve seramik bağlantı noktası olarak bilinir. Elektrodun
cam gövdesinden itilen gözenekli seramik parçasını
içermektedir. Daha sonra bu gözenekli seramik madde, elektrolitin
yavaşça elektrottan dışarı akmasına izin verir, ancak serbestçe akmasını önler.
Bu tip bir bağlantı, sulu
çözeltilerdeki standart ölçümler için çok uygundur; METTLER TOLEDO nLab®Routine Pro bu tür bir elektrodun
örneğidir. Bu bağlantı noktası esaslarının şematik bir çizimi
aşağıda Şekil 14'te gösterilmektedir.
.. pH Teori Kılavuzu'nda daha fazla bilgi edinin...
2.1. Bağlantı noktası türleri
a) Seramik bağlantı noktaları
b) Kol bağlantı noktaları / mat cam bağlantı noktaları
c) Açık bağlantı noktaları
2.2. Referans sistemleri ve elektrolitler
2.3. Membran camı ve membran şekli türleri
2.4. Özel uygulamalar için pH elektrotları
Kolay numuneler
Kirli numuneler
Emülsiyonlar
Katı veya yarı katı numuneler
Düz ve çok küçük numuneler
Küçük ve zorlu numune kapları
InLab®Power (Pro)
2.5. Elektrot bakımı
2.6. Elektrot depolama
Kısa vadeli depolama
Uzun vadeli depolama
Sıcaklık sensörleri
2.7. Elektrot temizliği
Gümüş sülfür tıkanıklığı (Ag2S)
Gümüş klorür tıkanıklığı (AgCl)
Protein tıkanıklığı
Diğer bağlantı tıkanıklıkları
2.8. Elektrotta rejenerasyon ve çalışma ömrü
2.9. Ek bilgiler
3. pH ölçümleri için sorun giderme kılavuzu
pH ölçümleri sırasında meydana gelen sorunların farklı nedenleri olabilir; ölçüm cihazı, kablo, elektrot, tampon çözeltileri, sıcaklık ve numune (uygulama) ölçümünden kaynaklanıyor olabilir. Arıza nedenini tespit etme konusunda yararlı olduğu için sorunun belirtilerine dair özel not alınmalıdır. Aşağıdaki tablo, belirtiler ve nedenler hakkında genel bilgi sağlar:
Çok yüksek/düşük okuma veya ölçeksiz okumalar “---”
- Ölçüm cihazı, kablo, elektrot, kalibrasyon prosedürü ve numune sıcaklığını kontrol edin
Değer değişmez
- Ölçüm cihazı, kablo ve elektrodu kontrol edin
Yavaş yanıt süresi
- Elektrot ve numune/uygulamayı kontrol edin
Kalibrasyon sonrası yüksek sapma
- Elektrot, tampon çözeltileri ve kalibrasyon prosedürünü kontrol edin
Kalibrasyon sonrası düşük eğim
- Elektrot, tampon çözeltileri ve kalibrasyon prosedürünü kontrol edin
Kalibrasyon hatası
- Ölçüm cihazı, kablo, elektrot, tampon çözeltileri ve kalibrasyon prosedürünü kontrol edin
Ölçüm değerlerinin sapması
- Elektrot ve numune/uygulamayı kontrol edin
... pH Teori Kılavuzu'nda daha fazla bilgi edinin...
3.1. Ölçüm cihazı ve kabloyu kontrol etme
3.2. Numune sıcaklığı ve uygulamayı kontrol etme
3.3. Tampon ve kalibrasyon prosedürünü kontrol etme
Tampon kullanımına ilişkin bazı ipuçları
3.4. Elektrodu kontrol etme
4. Kapsamlı pH teorisi
Önceki bölümlerde pH ölçümlerinin pratik yönleri anlatılmıştır. Bu bölümde esas olarak pH ölçümlerine ilişkin teorik arka plan ele alınacaktır ve pH teorisi hakkında daha kapsamlı bilgi sahibi
olmak isteyen okuyucular için hazırlanmıştır.
Öncelikle temel pH teorisi anlatılacaktır, ardından sensör teorisine bir göz atacağız ve son olarak da bazı özel konuları ele alacağız.
4.1. pH değeri tanımı
Sørenson'a göre pH, H3O+ iyon konsantrasyonunun negatif logaritması olarak tanımlanır:
pH = –log [H3O+]
Denklemde H3O+ iyon konsantrasyonunun on birim değiştiğinde, pH değerinin bir birim değiştiğini görebiliriz. Bu, bir numunenin pH değerindeki küçük değişiklikleri bile ölçmenin ne kadar önemli olduğunu göstermektedir.
pH teorisi çoğu zaman pH değerleriyle bağlantılı olarak H+ iyonlarıyla tanımlanır; ancak doğru iyon, hidronyumdur (veya IUPAC'ye göre oksonyum olarak bilinir ) iyon (H3O+):
H+ + H2O ↔ H3O+
Asitler ve bazların yanı sıra saf su da hidronyum ve hidroksit iyonları oluşturmak için ayrışma davranışı gösterirler:
2 H2O ↔ H3O+ + OH–
... pH Teori Kılavuzu'nda daha fazla bilgi edinin...
4.1. pH değeri tanımı
4.2. Konsantrasyon ve etkinlik ilişkisi
4.3. Tampon çözeltileri
Tampon kapasitesi (ß)
Seyreltme değeri (ΔpH)
Sıcaklık etkisi (ΔpH/ΔT)
4.4. pH ölçüm kurulumunda ölçüm zinciri
pH elektrodu
Referans elektrodu
4.5. pH ölçüm kurulumunun kalibrasyonu/ayarı
4.6. pH ölçümlerinde sıcaklığın etkisi
Elektrodun sıcaklık bağımlılığı
İzotermal kesişim
İleri sıcaklık olguları
Ölçülen numunenin sıcaklık bağımlılığı
4.7. Özel ölçüm çözümlerinde olgular
Bazik hata
Asidik hata
Referans elektrolitli reaksiyonlar
Organik ortam
