Nguyên lý đo pH, thiết bị và các loại máy đo pH

Để nhanh chóng xác định mức độ pH (hay nói cách khác là mức độ axit) của các môi trường khác nhau, người ta sử dụng máy đo pH. Nước công nghiệp hoặc nước uống, dung dịch axit, muối hoặc kiềm, máu, nước tiểu và các chất dịch cơ thể khác, trái cây, rau và các loại thực phẩm khác, thuốc y tế, v.v. — về nguyên tắc, mọi thứ đều có thể trở thành đối tượng của giá trị pH nghiên cứu vận hành.

Đo PH về cơ bản là đo hoạt động của các ion hydro trong môi trường. Và ngay cả bản thân ký hiệu pH cũng được dịch theo nghĩa đen từ tiếng Latinh "pondus Hydrogenii" là "trọng lượng của hydro".

Ngày nay, máy đo pH được sử dụng rộng rãi trong vi sinh và y học, xử lý nước và hóa nông, khoa học đất, thủy canh, trong phòng thí nghiệm và nghiên cứu thực địa, trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, thủy sinh và nhiều nơi khác.

Máy đo pH hiện đại cho phép bạn xác định chính xác và nhanh chóng giá trị pH.Nếu độ pH là 7, môi trường trung tính, chẳng hạn như nước cất, trong đó các ion hydro dương H + và các ion hydroxit âm OH- được phân chia bằng nhau. Nếu độ axit lớn hơn 7 thì môi trường có tính kiềm. Nếu độ pH nhỏ hơn 7, môi trường có tính axit.

Và mặc dù các nhà hóa học luôn có thể xác định độ axit của môi trường bằng phương pháp cổ điển, sử dụng các chất chỉ thị, chẳng hạn như phenolphtalein, tuy nhiên, trong một số quy trình, chỉ cần định lượng chính xác chất chỉ thị này và đôi khi cần phải liên tục theo dõi nó, để sắp xếp để sửa nó. Đây là những gì máy đo pH đã được phát minh cho.

Máy đo pH thực chất là một millivoltmeter điện tử vì nó đo sự chênh lệch điện thế trong hệ thống điện hóa của một cặp điện cực và môi trường thử nghiệm mà chúng được đặt vào. Đúng là thang đo của thiết bị được chia độ ở đây không phải theo milivôn mà theo độ pH, vì EMF đo được hóa ra lại tỷ lệ thuận với độ pH.

Hai điện cực: chất chỉ thị thủy tinh (chất oxy hóa không sợ thủy tinh borosilicate) và bạc clorua - một điện cực tham chiếu bổ sung. Điện cực thủy tinh có điện trở rất cao hàng chục megohm và đây chỉ là yêu cầu cơ bản — điện trở của đầu dò không được nhỏ hơn 0,1 GΩ. Máy đo pH được hiệu chuẩn bằng dung dịch đệm có độ pH đã biết.

Do giá trị EMF bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, mỗi thiết bị đo như vậy có bù nhiệt độ cho các phép đo ở nhiệt độ khác + 25 ° C.Nhưng để đạt được độ chính xác rất cao thì cần phải đo chính xác ở nhiệt độ +25°C, đó là lý do tại sao nhiều máy đo pH được trang bị nhiệt kế tích hợp, giúp bạn có thể theo dõi ngay nhiệt độ của môi trường trong quá trình nghiên cứu.

Điện cực thủy tinh chỉ thị ở dạng ống có bóng thành mỏng ở cuối, được làm bằng thủy tinh borosilicate dẫn điện đặc biệt, về cơ bản được kết nối với mạch điện. Sự chuyển động của các ion H + dương bên trong một chiếc kính như vậy giúp nó có thể được sử dụng (các cation bên trong kính di chuyển so với polyanion của axit silicic). Một huyền phù bạc clorua trong dung dịch axit clohydric được đổ vào ống nghiệm, sau đó nhúng một sợi dây bạc vào đó - đây là cách thu được điện cực bạc clorua.

Điện cực thủy tinh được hạ xuống môi trường thử nghiệm, mạch điện được đóng lại bằng cách đặt một điện cực tham chiếu bổ sung (bột thủy ngân-calomel trong dung dịch kali clorua) vào nó (thông qua công tắc điện phân hoặc trực tiếp). Kali clorua tạo ra sự tiếp xúc giữa phần thủy ngân-calomel của tế bào và môi trường thử nghiệm. Điện cực bổ sung này thường được đặt trong hộp thủy tinh không thấm ion H+.

Sự tiếp xúc dẫn điện của dung dịch kali clorua trong điện cực tham chiếu với dung dịch thử được hình thành do một sợi mỏng hoặc mao dẫn trong hộp thủy tinh. Bằng cách này, một tế bào điện được lấy từ một điện cực tham chiếu và một điện cực bạc clorua, và phần điện phân của tế bào bao gồm màng thủy tinh dẫn điện và môi trường thử nghiệm.

EMF của hệ thống điện cực được đo bằng millivoltmeter, thang đo của nó được chia độ pH.Các electron từ điện cực bạc clorua được chuyển đến điện cực tham chiếu dưới tác động của EMF đo được, luôn đi kèm với việc chuyển một số lượng proton bằng nhau từ bên trong điện cực thủy tinh sang môi trường.

Nếu trong trường hợp này, chúng ta lấy nồng độ của các ion hydro dương H + trong hằng số của điện cực thủy tinh, thì EMF sẽ là một hàm của hoạt động của H +, nghĩa là hàm của pH của môi trường đang nghiên cứu.

Các mẫu máy đo pH hiện đại hoạt động nhờ bộ vi xử lý thực hiện bù nhiệt độ và giải quyết nhiều nhiệm vụ liên quan. Thiết bị càng phức tạp thì càng có thể giải quyết nhiều nhiệm vụ. Loại thiết bị có độ chính xác khác nhau tùy theo kiểu máy và có thể chọn máy đo pH phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.

Có máy đo pH gia đình bỏ túi, có phòng thí nghiệm chuyên nghiệp, di động và văn phòng phẩm công nghiệp. Một số máy đo pH đo nồng độ ion trong môi trường, hàm lượng nitrat, v.v., có bộ nhớ trong để lưu kết quả, khả năng giao tiếp với máy tính và chức năng điều chỉnh các thông số thông qua vòng phản hồi.