Cảm biến ORP trong Phòng thí nghiệm

Cảm biến Điện thế Oxy hoá Khử (ORP) hoặc điện thế Redox được sử dụng để theo dõi phản ứng hoá học, định lượng hoạt độ ion hoặc xác định các đặc tính oxy hoá hoặc khử của dung dịch. ORP là phép đo điện thế của một phản ứng oxy hoá khử, xác định lượng oxy hoá hoặc khử diễn ra trong các điều kiện hiện có. METTLER TOLEDO cung cấp các cảm biến ORP đáng tin cậy cho những ứng dụng trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường.

Hệ thống đo ORP bao gồm một điện cực ORP và điện cực tham chiếu, giống như cách đo pH.

Nguyên tắc khi đo ORP là việc sử dụng điện cực kim loại trơ (bạch kim, đôi khi là vàng hoặc bạc). Do điện trở thấp của những kim loại này, điện cực sẽ nhường electron cho chất oxy hoá hoặc nhận electron từ chất khử. Điện cực ORP sẽ tiếp tục nhận hoặc nhường electron cho đến khi tạo ra điện thế, do điện tích tích tụ, bằng với ORP của dung dịch.

Các điện cực ORP đo điện thế oxy hoá khử theo phương trình điện thế pin bán phần Nernst:

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

• E = điện thế đo được của điện cực
• Eo = điện áp cụ thể của hệ thống theo phân tích.
• R = hằng số khí chung
• T = Nhiệt độ Tuyệt đối (K)
• n = số electron trong phản ứng cân bằng giữa chất bị oxy hoá và chất bị khử.
• F = Hằng số Faraday (96500 coulomb)
• [ ] = biểu thị hoạt độ của các ion trong khung

Hệ thống tham chiếu ARGENTHAL™ được tạo ra để ngăn việc tách Ag khỏi dây Ag — loại thành phần tham chiếu được cải tiến. Thành phần tham chiếu ARGENTHAL™ bao gồm một hộp nhỏ chứa các hạt AgCl để cung cấp ion bạc cho phản ứng hoá học tại dây lead-off. Hộp này chứa đủ AgCl cho toàn bộ thời hạn sử dụng điện cực.

Sau khi sử dụng, rửa kỹ điện cực với nước cất và đóng SafeLock™. Điện cực ORP nên được bảo quản trong nắp bảo vệ có chứa chất điện ly tham chiếu (thường là 3 mol/L KCl) hoặc dung dịch bảo quản InLab. Bảo quản pin bán phần khô ráo. Bạn phải bảo quản điện cực theo chiều thẳng đứng và ở nhiệt độ phòng.

Kiểm tra hướng dẫn sử dụng để biết thông tin cần thiết về việc bảo quản cảm biến ORP.
 

Một số yếu tố có thể gây tắc nghẽn màng ngăn của cảm biến ORP. Đặc biệt, mối nối làm bằng gốm hoặc các vật liệu xốp khác thường hay bị tắc nghẽn. Các lý do thường gặp nhất được liệt kê ở đây cùng với các quy trình vệ sinh tương ứng:

Bị tắc nghẽn bởi bạc sunfua (Ag₂S): nếu chất điện ly tham chiếu chứa ion bạc và mẫu được đo chứa sunfua, mối nối sẽ bị nhiễm bẩn bởi kết tủa bạc sunfua. Để vệ sinh mối nối bị nhiễm bẩn, làm sạch mối nối bằng 8% thiourea trong dung dịch HCl 0,1 mol/L từ 5-60 phút (METTLER TOLEDO có bán Thiourea Cleaner).

Bị tắc nghẽn bởi bạc clorua (AgCl): ion bạc từ chất điện ly tham chiếu cũng có thể phản ứng với mẫu chứa ion clorua, tạo ra kết tủa AgCl. Có thể loại bỏ chất kết tủa này bằng cách nhúng điện cực vào dung dịch amoniac đậm đặc (35% NH₃ aq.).

Bị tắc nghẽn bởi protein: thông thường, có thể vệ sinh mối nối bị nhiễm protein bằng cách nhúng điện cực vào dung dịch pepsin/HCl (5% pepsin trong 0,1 mol/L HCl) trong vài giờ (METTLER TOLEDO có bán Pepsin-HCl Cleaner).

Trường hợp nhiễm bẩn mối nối khác: Nếu mối nối bị tắc nghẽn bởi các chất nhiễm bẩn khác, hãy thử vệ sinh cảm biến ORP trong bồn siêu âm với nước hoặc dung dịch HCl 0,1 mol/L.

Điện cực oxy hoá khử trong phòng thí nghiệm có vòng bạch kim là cảm biến ORP "tiêu chuẩn". Chúng tôi có cảm biến này với các hình dạng và mối nối khác nhau (ví dụ: InLab Redox Micro, InLab Redox Pro). Chỉ được sử dụng điện cực oxy hoá khử nếu bất cứ chất nào trong mẫu trải qua phản ứng hoá học với bạch kim — lý do đằng sau việc sử dụng vòng kim loại quý là để tránh tham gia vào bất kỳ phản ứng hoá học nào. Ví dụ: không nên sử dụng điện cực oxy hoá khử bạch kim trong axit clohydric đậm đặc, vì có thể tạo ra phức hệ Pt-Cl.

Việc đo oxy hoá khử nghĩa là đo điện thế khử của dung dịch. Giá trị thô (chỉ số mV) là kết quả cuối cùng.

Nếu điện cực oxy hoá khử được xác minh bằng cách đo trong dung dịch đệm 220 mV và không nằm trong phạm vi 220 ± 20 mV, bạn phải vệ sinh cảm biến (và không hiệu chuẩn).

Giá trị dự kiện của cảm biến Oxy hoá khử là 220 ± 20 mV. Nếu không đáp ứng điều kiện này, bạn nên vệ sinh vòng kim loại hoặc chốt bằng khăn ướt, sau đó rửa bằng nước cất và đo lại giá trị mV trong dung dịch đệm oxy hoá khử 220 mV.

Một cách khác để vệ sinh và loại bỏ ăn mòn khỏi vòng kim loại là điều hoà cảm biến với HCl 0,1 mol/L. Ngoài ra, trong một số trường hợp, bạn nên đổi điện cực tham chiếu.

Không thể dùng đầu dò pH để đo oxy hoá khử. Nguyên lý hoạt động của các cảm biến này (pH và Oxy hoá khử) là khác nhau.

ORP là phép đo điện thế của một phản ứng oxy hoá khử và lượng oxy hoá hoặc khử diễn ra trong các điều kiện hiện có. Bạn có thể thực hiện phép đo ORP bằng chế độ millivolt của máy đo pH. Thành phần cảm biến ở đây là kim loại, thường là bạch kim.

Giá trị pH là phép đo hoạt độ của ion hydro (proton) hoặc ion hydroxyl trong dung dịch có nước. Thành phần cảm biến ở đây là màng nhạy với thuỷ tinh. Sự khác biệt về lượng giữa các chất có tính axit và kiềm được xác định bằng cách thực hiện phép đo giá trị pH.

Do đó, không thể dùng đầu dò pH để đo oxy hoá khử. Ví dụ dưới đây sẽ giải thích rõ điều này.

Chất chuẩn độ oxy hoá khử 220 mV có pH 7. Nếu đo trong chế độ ORP (chế độ mV) với cảm biến vòng bạch kim, bạn sẽ nhận được kết quả khoảng 220 mV. Nhưng nếu bạn đo bằng điện cực pH, máy đo sẽ hiển thị giá trị khoảng 0 mV. Lý do là hai cảm biến khác nhau nhạy với các chất khác nhau trong dung dịch: điện cực oxy hoá khử nhạy với ion kim loại, còn điện cực pH nhạy với proton.

Có thể ai đó muốn chỉnh giá trị kết quả theo bất kỳ độ lệch nào, ví dụ: để biết điện thế so với điện cực chuẩn độ hydro thay vì tham chiếu Ag/AgCl. Khi này, họ sẽ thực hiện các phép đo mV tương đối và cần nhập độ lệch trong các thông số đo.

Một trong những ứng dụng lớn nhất sử dụng ORP là khử trùng nước. Ví dụ: nguồn cấp nước uống của thành phố sử dụng các chất oxy hoá mạnh như clo để tiêu diệt vi khuẩn và các vi sinh vật khác, cũng như ngăn chặn sự phát triển của chúng trong đường cấp nước.

Phép đo ORP có thể được thực hiện trong nhiều ứng dụng đa dạng như khử trùng, nấu rượu, mạ điện và khai thác mỏ. Phản ứng oxy hoá khử là phương pháp thực hành phổ biến trong xử lý nước thải công nghiệp để khử hoặc oxy hoá các thành phần trước khi xả. Xử lý nước thải bằng xyanua là một ví dụ phổ biến của phản ứng oxy hoá trong các ứng dụng xử lý kim loại.

Cromat là một hoá chất thường dùng trong quá trình mạ điện của kim loại để làm thay đổi đặc tính hoá học. Hợp chất này độc hại và cần được loại bỏ khỏi nước thải để hạn chế thải ra môi trường. Quá trình khử cromat từ crom hoá trị sáu thành crom hoá trị ba được kiểm soát pH ở điều kiện axit và được theo dõi bằng ORP.

Có, đối với các ứng dụng trong phòng thí nghiệm cần bình dài để đo ORP, chúng tôi có InLab Redox-L. Trục dài hơn cho phép đo trong bình sâu, thùng hoặc lò phản ứng thí điểm. Đối với các mẫu có thể tích nhỏ thì InLab Redox Micro chính là sự lựa chọn. Đường kính trục mỏng cho phép đo thể tích mẫu rất nhỏ.