Laboratuvar ORP Sensörü

Oksitleme-İndirgeme Potansiyeli (ORP) veya Redoks potansiyeli sensörleri; kimyasal reaksiyonları izlemek, iyon aktivitesini ölçmek veya bir çözeltinin oksitleyici ya da indirgeyici özelliklerini belirlemek için kullanılır. ORP, mevcut koşullar altında meydana gelen oksitleme veya indirgeme miktarını belirlemek üzere redoks reaksiyonunun elektrik potansiyelini ölçer. METTLER TOLEDO, laboratuvar ve saha uygulamaları için güvenilir ORP sensörleri sağlar.

ORP ölçüm düzeneği, pH ölçümüyle benzer şekilde bir ORP elektrodu ve bir referans elektrottan oluşur.

ORP ölçümünün arkasındaki prensip, düşük direnci nedeniyle bir oksitleyiciye elektron verecek veya bir indirgeyiciden elektron alacak inert metal (platin, bazen altın veya gümüş) bir elektrodun kullanılmasıdır. ORP elektrodu, biriken yük nedeniyle bir potansiyel oluşturana kadar elektronları almaya veya vermeye devam edecektir. Bu potansiyel, çözeltinin ORP'sine eşittir.

ORP elektrotları, redoks potansiyelini Nernst yarı hücre potansiyeli denklemine göre ölçer:

E = Eo + (2,3 RT / nF) x (log [aOx] / [aRed])
Burada:

• E = ölçülen elektrot potansiyeli
• Eo = analiz edilen sisteme özgü voltaj
• R = evrensel gaz sabiti
• T = mutlak sıcaklık (K)
• n = oksitlenmiş ve indirgenmiş türler arasındaki dengede yer alan elektron sayısı
• F = Faraday sabiti (96.500 coulomb)
• [ ] = köşeli parantez içindeki iyonların etkinliğini gösterir

Gümüş iyonlarının gümüş telden ayrılmasının önüne geçmek için, iyileştirilmiş bir referans elemanı olan ARGENTHAL™ referans elemanı yaratılmıştır. ARGENTHAL™ referans elemanı, başlangıç telindeki kimyasal reaksiyon için gümüş iyonları sağlayan, AgCl partikülleriyle dolu küçük bir kartuştan oluşur. Bu kartuş, elektrodun kullanım ömrü boyunca yetecek miktarda AgCl içerir.

Kullandıktan sonra elektrodu damıtılmış su ile iyice yıkayın ve SafeLock™u kapatın. ORP elektrotları, referans elektrolitle (çoğunlukla 3 mol/l KCl) veya InLab depolama çözeltisiyle doldurulmuş elektrot koruyucunun içinde muhafaza edilmelidir. Yarım hücreyi kuru olarak saklayın. Elektrot, dik şekilde ve oda sıcaklığında saklanmalıdır.

ORP sensörlerinin saklanmasıyla ilgili gerekli bilgiler için kullanım kılavuzlarına bakın.
 

Çeşitli unsurlar ORP sensörünün diyaframlarının tıkanmasına yol açabilir. Özellikle seramik veya diğer gözenekli malzemelerden yapılmış bağlantılar, tıkanmaya meyillidir. En sık karşılaşılan nedenleri ve ilgili temizleme prosedürlerini aşağıda bulabilirsiniz:

Gümüş sülfür (Ag₂S) tıkanmaları: Referans elektrolitin içinde gümüş iyonları varsa ve ölçülen numune sülfür içeriyorsa bağlantı gümüş sülfür çökeltisiyle kirlenir. Bu şekilde kirlenmiş bağlantıları; 0,1 mol/l'lik HCl çözeltisine eklenen %8 tiyoüre karışımı içinde 5-60 dakika süreyle bekleterek temizleyin (Tiyoüre Temizleme Maddesi METTLER TOLEDO’dan edinilebilir).

Gümüş klorür (AgCl) tıkanmaları: Referans elektrolitteki gümüş iyonları, klorür iyonları içeren numunelerle de reaksiyona girebilir. Bu, AgCl çökeltisine neden olur. Elektrot konsantre amonyak çözeltisi (%35 NH₃ içeren su) içine daldırılarak, bu çökelti temizlenebilir.

Protein tıkanmaları: Proteinle kirlenmiş bağlantılar, çoğunlukla elektrodu bir pepsin/HCl çözeltisine (0,1 mol/l HCl içinde %5 pepsin) daldırıp birkaç saat bekleterek temizlenebilir (Pepsin-HCl Temizleme Maddesi METTLER TOLEDO’dan edinilebilir).

Diğer bağlantı tıkanıklıkları: Bağlantı başka yabancı maddeler nedeniyle tıkanmışsa ORP sensörünü su veya 0,1 mol/l'lik HCl çözeltisiyle dolu ultrasonik bir banyoda temizlemeyi deneyin.

Platin halkalı laboratuvar redoks elektrotları, "standart" ORP sensörleridir. Farklı şekillere ve bağlantılara sahip sensörlerimiz de mevcuttur (örneğin, InLab Redox Micro, InLab Redox Pro). Redoks elektrotları, yalnızca numunedeki unsurlardan biri platinle kimyasal reaksiyona giriyorsa kullanılır. Metal halka kullanımının ardında yatan düşünce, herhangi bir kimyasal reaksiyonla karşılaşmamaktır. Platin redoks elektrodunun önerilmediği durumlara bir örnek olarak, Pt-Cl bileşiklerinin oluşabileceği konsantre hidroklorik asit verilebilir.

Redoks ölçümü, çözeltinin indirgeme potansiyelini ölçmek anlamına gelir. Ham değer (mV ölçüm değeri) nihai sonuçtur.

Redoks elektrodu 220 mV'luk tampon çözeltide ölçüm yapılarak doğrulandığında sonuç 220±20 mV aralığında değilse sensör temizlenmelidir (kalibre edilmemelidir).

Redoks sensörü için beklenen değer 220±20 mV'tur. Bu koşul sağlanmıyorsa metal halkanın veya pimin ıslak bir bezle temizlenmesi, ardından damıtılmış suyla yıkanması ve 220 mV'luk redoks tamponu içinde mV değerinin yeniden ölçülmesi önerilir.

Metal halkayı temizlemenin ve birikintileri gidermenin diğer bir yolu da sensörü 0,1 mol/l HCI ile şartlandırmaktır. Ayrıca bazı durumlarda referans elektrolitin değiştirilmesi de tavsiye edilir.

Redoks ölçümleri için pH probu kullanılamaz. Sensörlerin (pH ve Redoks) çalışma prensipleri birbirinden farklıdır.

ORP, redoks reaksiyonunun elektrik potansiyelinin ve mevcut koşullar altında ne kadar oksitleme veya indirgeme gerçekleştiğinin ölçülmesini sağlar. ORP ölçümü, pH ölçüm cihazının milivolt modu kullanılarak yapılabilir. Buradaki algılama elemanı metaldir ve genellikle platin kullanılır.

pH değeri, sulu bir çözeltideki hidrojen iyonlarının (protonlar) veya hidroksil iyonlarının etkinliğine ilişkin bir ölçümdür. Buradaki algılama elemanı, hassas cam membrandır. Asidik ve bazik maddeler arasındaki nicel fark, pH değeri ölçümleri yapılarak belirlenebilir.

Bu nedenle, pH probu redoks ölçümleri için kullanılamaz. Bu durum, aşağıda yer alan güzel örnekle açıklanabilir.

220 mV'luk redoks standardımızın pH değeri 7'dir. Platin halkalı bir sensörle ORP modunda (mV modu) ölçüm yaparsanız yaklaşık 220 mV değerini elde edersiniz. Ancak ölçümü pH elektrodu ile yaparsanız ölçüm cihazı yaklaşık 0 mV görüntüler. Bunun nedeni, iki farklı sensörün çözeltideki farklı madde türlerine duyarlı olmasıdır. Yani redoks elektrodu metal iyonlarına, pH elektrodu da protonlara duyarlıdır.

Bazı durumlarda, herhangi bir sapmaya karşı ölçüm değerini düzeltmek istenebilir. Örneğin Ag/AgCl referansı yerine hidrojen standartlı bir elektrot kullanıldığında ölçülecek potansiyeli bilmek gerekebilir. Bu amaçla, bağıl mV ölçümleri gerçekleştirilir ve ölçüm parametrelerine sapma değerinin girilmesi gerekir.

ORP kullanılan en önemli uygulamalardan biri su dezenfeksiyonudur. Örneğin belediyelerin içme suyu kaynakları, bakterileri ve diğer mikropları öldürmek ve su tedarik hatlarında çoğalmalarını önlemek için klor gibi güçlü oksitleyicileri kullanır.

ORP ölçümü; dezenfeksiyon, şarap yapımı, elektrolizle kaplama ve madencilik gibi çok çeşitli uygulamalarda bulunabilir. Redoks reaksiyonları, deşarj edilmeden önce bileşenlerin indirgenmesi veya oksitlenmesi için endüstriyel atık su arıtımında sık kullanılan bir uygulamadır. Siyanürle atık su arıtımı da, metal işleme uygulamalarında oksitleme reaksiyonunun yaygın bir örneğidir.

Kromat, kimyasal özellikleri değiştirmek amacıyla metallerin elektrolizle kaplaması sırasında yaygın olarak kullanılan bir kimyasaldır. Bileşik toksiktir ve çevreye yayılmasını sınırlamak için atık sudan uzaklaştırılması gerekir. Altı değerlikli kromdan üç değerlikli kroma kromat indirgenmesi, asidik koşullarda pH yoluyla kontrol edilir ve ORP ile izlenir.

Evet, ORP ölçümlerinde uzun kaplar kullanılan laboratuvar uygulamaları için InLab Redox-L ürünümüz mevcut. Ekstra uzun gövde; derin kaplarda, varillerde veya pilot reaktörlerde ölçüm yapılmasını sağlar. Küçük hacimlerdeki numuneler içinse InLab Redox Micro doğru seçimdir. İnce gövde çapı, çok küçük numune hacimlerindeki ölçümlere olanak tanır.