پی اچ متر (PH-Meter) چیست و چه کاربردی دارد؟

پی اچ متر یا PH سنج مانند یک ولت متر کار می کند. ولت متر، ولتاژ (پتانسیل الکتریکی) تولید شده توسط محلول اسیدیته را اندازه گیری می کند، آن را با ولتاژ محلول شناخته شده مقایسه می کند و از اختلاف ولتاژ (اختلاف پتانسیل) استفاده می کند.

پی اچ متر ابزاری است که معمولا در آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد و عمدتا برای اندازه گیری دقیق PH محیط مایع استفاده می شود. شما می توانید مقدار پتانسیل الکترود یونی MV را با الکترود انتخابی یونی مربوطه اندازه گیری کنید. پی اچ متر به طور گسترده ای در حفاظت از محیط زیست، تصفیه فاضلاب، تحقیقات علمی مانند داروسازی، تخمیر، مواد شیمیایی، آبزی پروری، آب لوله کشی و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار می گیرد.

این ابزار به عنوان وسیله بازرسی ضروری برای صدور گواهینامه SC و HACCP در کارخانه های تولید مواد غذایی و کارخانه های آب آشامیدنی نیز کاربرد دارد.

 

همه چیز درباره پی اچ متر و انواع الکترودها

محلول بافر استاندارد PH در پی اچ متر چیست؟ و چه خصوصیاتی دارد؟

محلول بافر PH محلولی است که می تواند مقدار PH را ثابت نگه دارد. اگر مقدار کمی اسید یا قلیایی به این محلول اضافه شود یا واکنش شیمیایی موجود در محلول مقدار کمی اسید یا قلیایی تولید کند و محلول به طور مناسبی رقیق شود، PH این محلول در اصل پایدار و بدون تغییر می ماند که می تواند در برابر مقدار کمی اسید مقاومت کند.

محلول بافر که قلیایی آن بدون تغییر PH کم و بیش رقیق شده باشد را محلول بافر می گویند. بافر استاندارد PH دارای مشخصات زیر است:

• مقدار PH محلول استاندارد مشخص است.
• مقدار PH محلول استاندارد دارای قابلیت تولید مجدد و پایداری خوب، با ظرفیت بافر زیاد، مقدار رقت کم و ضریب دما پایین است.
• روش آماده سازی محلول ساده است.

 

چگونه محلول بافر استاندارد PH برای پی اچ متر تهیه کنیم؟

برای اندازه گیری PH عمومی در پی اچ متر می توان از مجموعه کاملی از معرف های گروه PH (250 میلی لیتر) استفاده کرد. در هنگام تهیه محلول، باید آب دیونیزه شده استفاده شود و به مدت 15 الی 30 دقیقه جوشانده شود تا دی اکسید کربن محلول از بین برود. کیسه پلاستیکی را برش داده و معرف را درون لیوان بریزید، آن را با مقدار مناسب آب دیونیزه حل کرده، کیسه را آبکشی کنید و سپس آن را در یک بالن 250 میلی لیتری ریخته، رقیق کنید و خوب تکان دهید.

 

چگونه محلول بافر PH را به درستی ذخیره و استفاده کنیم؟

پس از تهیه محلول بافر (محلول های بافر قلیایی با PH های مختلف مانند PH=9.18، PH=10.01، PH=12.46 و غیره باید در بسته بندی های پلی اتیلن نگه داری کرد)، آن را در بطری های شیشه ای یا بطری های پلی اتیلن بسته بندی کنید. می توان آنها را در یخچال و در دمای پایین (5～10℃) نگهداری و به مدت 6 ماه از ان استفاده کرد.

اگر مشخص شود که این ترکیب دچار کدری، کپک یا رسوب شده است، نمی توان از آن برای طولانی مدت استفاده کرد. هنگام استفاده، چند ویال 50 میلی لیتری پلی اتیلن باید تولید شود و محلول داخل بطری باید درون ویال ریخته شود و به مدت 1 تا 2 ساعت در دمای محیط قرار گیرد. قبل از استفاده صبر کنید تا دما متعادل شود.

برای جلوگیری از آلودگی، آن را بعد از استفاده در بطری بزرگ نریزید. محلول بافر موجود در بطری را می توان برای 2 تا 3 روز تحت شرایط محیطی >10℃ استفاده کرد. به طور کلی سه محلول PH=6,86، PH=7.00 و  PH=14.00را می توان به مدت طولانی استفاده کرد. به دلیل جذب دی اکسید کربن در هوا، PH های طولانی تر مانند PH=18.18 و PH=10.01 محلول را تغییر می دهند.

 

چرا الکترود PH در پی اچ متر باید خیس شود؟ و چگونه آن را به درستی خیس کنیم؟

الکترود PH باید قبل از استفاده، خیسانده شود؛ زیرا لامپ حباب PH دارای پوسته شیشه ای خاص است که با یک لایه ژل نازک پوشانده شده است. این غشا تنها با یون های هیدروژن موجود در محلول و در شرایط کاملا مرطوب رابطه خوبی دارد. تاثیرات پتانسیل نامتقارن در همان زمان و پس از خیسانده شدن الکترود شیشه می تواند تا حد زیادی کاهش یابد و تمایل به پایداری بیشتری پیدا کند.

الکترود شیشه ای PH را می توان با آب مقطر یا محلول بافر PH=4 خیس کرد. به طور کلی، بهتر است که الکترود در محلول بافر PH=4 خیسانده شود و زمان خیس شدن تا 24 ساعت یا بیشتر است و این به ضخامت شیشه و درجه عمر الکترود بستگی دارد.

در همان زمان، محل اتصال مایع الکترود مرجع باید همان محلول مرجع خارجی الکترود مرجع باشد. یعنی مدت زمان خیس شدن محلول پتاسیم کلرید 3.3mol/L یا محلول پتاسیم کلرید اشباع شده معمولا چند ساعت است.

بنابراین، برای الکترود مرکب PH، باید آن را در محلول بافر PH=4 حاوی پتاسیم کلرید غوطه ور کرد تا همزمان روی شیشه و محل اتصال مایع عمل کند. در اینجا باید توجه ویژه ای به کار ببریم؛ زیرا در زمان های گذشته مردم از یک الکترود شیشه ای PH  برای خیساندن در آب غیر یونیزه شده یا در گروه PH=4 مایع شستشو دهنده استفاده می کردند. با این حال، گاهی اوقات هنگام استفاده از الکترود PH مرکب از این روش استفاده می کنند که ممکن است نادرست باشد.

این دستورالعمل اشتباه در کتاب راهنمای الکترود مرکب PH انجام می شود. نتیجه اعمال این روش، این است که یک الکترود مرکب با PH مناسب به یک الکترود ضعیف تبدیل می شود و هرچه زمان خیس شدن بیشتر باشد، عملکرد بدتر خواهد بود؛ زیرا بعد از خیساندن طولانی مدت، غلظت محل اتصال مایع پتاسیم کلرید از درون کاهش پیدا کرده است و این سبب افزایش پتانسیل اتصال مایع و ناپایداری می شود.

البته اگر الکترود برای چند ساعت در محلول غوطه ور شود، دوباره بازیابی می شود. به علاوه، الکترود PH نمی تواند در محلول بافر خنثی یا قلیایی غوطه ور شود. خیساندن طولانی مدت در چنین محلول هایی سبب کندی آن می شود.

طرز خیساندن محلول دارای الکترود PH: یک بسته بافر PH=4.00 (150 میلی لیتر) بردارید، آن را در 350 میلی لیتر آب خالص حل کنید و سپس 56 گرم پتاسیم کلرید خالص به آن اضافه کنید، گرم کنید و هم بزنید تا کاملا حل شود.

 

تفاوت بین الکترود های مرکب PH قابل شارژ و غیر قابل شارژ در پی اچ متر چیست؟

محفظه الکترود مرکب PH با پلاستیک و شیشه مشخص می شود. الکترود مرکب PH قابل شارژ دارای سوراخ های افزودن مایع در محفظه است. هنگامی که محلول مرجع خارجی الکترود را از بین می رود، می توان سوراخ افزودنی مایع را برای پر کردن پتاسیم کلرید باز کرد.

الکترود مرکب PH غیر قابل شارژ حاوی پتاسیم کلرید ژل مانند است که از دست دادن آن آسان نیست و هیچ سوراخ افزودن مایع ندارد.

ویژگی الکترود مرکب PH قابل شارژ در این است که محلول دارای مرجع از سرعت نفوذی بالایی برخوردار است، پتانسیل اتصال مایع پایدار، قابلیت تولید مجدد دارد و دقت اندازه گیری آن بالا است. زمانی که الکترود محلول مرجع کاهش یا آلوده می شود، محلول پتاسیم کلرید می تواند تکمیل یا جایگزین شود. اما تنها مشکل در استفاده از آن است.

زمانی که شما از الکترود مرکب PH قابل شارژ استفاده می کنید، باید سوراخ افزودنی مایع باز شود تا مایع افزایش یابد و پاسخ الکترود تسریع یابد. زمانی که سطح مایع دی الکتریک 2 سانتی متر زیر سوراخ افزودنی مایع است، باید یک مایع دی الکتریک جدید و به موقع اضافه شود.

مهمترین و اصلی ترین ویژگی الکترود مرکب PH غیر قابل شارژ در نگهداری آسان و استفاده راحت است و این دلیل استفاده گسترده از این نوع الکترود است. با این حال، زمانی که به طور طولانی مدت در آزمایشگاه ها به عنوان الکترود PH مورد استفاده قرار می گیرد، غلظت پتاسیم کلرید در محل اتصال مایع کاهش می یابد و این می تواند بر دقت تاثیر گذار باشد.

بنابراین، زمانی که از این نوع الکترود استفاده نمی کنید، باید آن را در محلول مناسب بخیسانید، به طوری که عملکرد آن در آزمایش های بعدی بسیار خوب خواهد شود. البته برخی از این الکترود ها دوام طولانی مدت ندارد و الکترودهای مرکب PH صنعتی نیازی کمتری برای آزمایش دارند.

 

طرز استفاده صحیح از الکترود مرکب PH در پی اچ متر به چه شکل است؟

1. در انتهای لامپ نباید هیچگونه حبابی وجود داشته باشد. در صورت وجود حباب، باید آن را از بین ببرید.
2. پس از خارج شدن الکترود خیسانده شده، باید آن را در آب دیونیزه شده تکان دهید و خشک کنید. لامپ حباب را با حوله های کاغذی پاک نکنید. در غیر این صورت، بار القایی الکترواستاتیک به پوسته شیشه منتقل می شود و این امر سبب طولانی تر شدن مدت زمان پایداری پتانسیل می شود. بهترین روش شستشو با محلول آزمایش است.
3. پس از ورود الکترود مرکب PH به محلول مورد آزمایش، باید آن را چند بار تکان دهید و سپس، ثابت کرد. در این صورت سرعت پاسخ الکترود سریع می شود. در هنگام استفاده از الکترود با پوسته پلاستیکی باید لرزش و تکان ها را بیشتر کنید؛ زیرا یک حفره کوچک بین لامپ حباب و غشا پلاستیکی وجود دارد. گاهی اوقات بعد از خیسانده شدن الکترود در محلول، گاز حفره برای از بین بردن حباب ها خیلی دیر خواهد بود و این باعث بروز حباب می شود. پس هم زدن و تکان دادن برای از بین بردن حباب ها بسیار مهم است.
4. پس از آزمایش در یک نمونه چسبنده، الکترود باید بارها و بارها با آب دیونیزه شسته شود تا نمونه کاملا از بین برود. بعضی اوقات شستن نمونه با سایر معرف ها لازم است. بعد از شستن با معرف ها، آن را با آب بشویید و در محلول خیس کننده قرار دهید تا فعال شود.
5. از تماس با اسیدهای قوی، بازهای قوی و محلول های خورنده خودداری کنید. در صورت آزمایش چنین محلول هایی، باید زمان خیساندن به حداقل برسد و با دقت تمیز شود.
6. استفاده از محیط های کم آب مانند اتانول مطلق و اسید سولفوریک غلیظ خودداری کنید؛ زیرا آنها به لایه ژل هیدراته سطح لامپ حباب آسیب می رسانند.
7. ماده غشای الکترود مرکب PH، پلاستیک پلی کربنات (PC) است. پلاستیک پلی کربنات در برخی حلال ها مانند تتراکلرید کربن، تری کلرواتیلن، تتراهیدروفوران و غیره حل خواهد شد. اگر حلال های فوق در این آزمایش گنجانده شود، باید از محفظه های شیشه ای استفاده کرد.

چگونه الکترود PH در پی اچ متر را تمیز کنیم؟

بعد از اینکه محل اتصال لامپ حباب و مایع آلوده شد، ابتدا با حلال های زیر تمیز کنید و سپس با استفاده از آب دیونیزه حلال را خارج کنید و الکترود را در مایع خیساننده قرار دهید تا فعال شود.

• ماده تمیز کننده آلاینده ها
• اکسید فلز غیر آلی با غلظت کمتر از 1mol/L
• شوینده رقیق چربی ها و روغن آلی (اسید ضعیف)
• ماده پلیمری رزین الکل، استون و اتر رقیق
• محلول آنزیمی اسیدی رسوب سلول های خونی پروتئینی (قرص شیموشنگ)
• سفید کننده رقیق مانند رنگدانه و پراکسید هیدروژن

چگونه الکترود PH در پی اچ متر را ترمیم کنیم؟

زمانی یک آسیب به الکترود PH وارد می شود که شیب حساسیت، واکنش کند و تکرار ضعیف کاهش یابد. در ادامه سه عامل مهمی که سبب آسیب دیدگی الکترود می شود را جمع آوری کرده ایم، البته روش های ترمیم را نیز برای شما ارائه داده ایم.

1. لامپ حباب الکترود و محل اتصال مایع آلوده است: از یک برس خوب، پنبه یا خلال دندان استفاده کنید تا آلودگی ها پاک شوند. پوشش محافظ سر بعضی از الکترودهای دارای غشای پلاستیکی قابل باز شدن است و شما می توانید به راحتی آن را باز و تمیز کنید. اگر آلودگی زیاد باشد، از مواد شوینده گفته شده در مورد شماره 8 استفاده کنید و آن را تمیز کنید.
2. محلول مرجع خارجی آلوده است: برخی از ساختارهای الکترود را میتوان به محلول اضافه کرد. در این هنگام، محلول مرجع خارجی الکترود را می توان با سرنگ به آن اضافه کرد تا یک محلول پتاسیم کلرید 3mol/L یا اشباع شده جدید تهیه کرد. در هنگام اضافه کردن توجه کنید که حفره داخلی الکترود تمیز باشد.
3. کهنگی شیشه حساس به پوسته: حباب لامپ حباب الکترود را با اسید کلریک رقیق 1mol/L (9 میلی لیتر اسید کلریک رقیق شده با آب خالص تا 100 میلی لیتر) به مدت 24 ساعت بخیسانید، با آب خالص بشویید و به مدت 24 ساعت در محلول بخیسانید. اگر انفعال جدی است، می توانید انتهای پایینی الکترود را در محلول اسید 45 هیدروفلوئوریک به مدت 3 تا 5 ثانیه بخیسانید (آماده سازی: 4 میلی لیتر اسید هیدروفلوئوریک با آب خالص رقیق شده به 100 میلی لیتر)، با آب خالص بشویید و سپس الکترود را به مدت 24 ساعت بخیسانید تا عملکرد آن بازیابی شود.

کالیبراسیون یک نقطه ای پی اچ متر چقدر است؟

هر پی اچ متر باید برای اندازه گیری مقدار PH نمونه با محلول استاندارد PH کالیبره شود. برای نمونه هایی با دقت اندازه گیری کمتر از 0.1 می توانید از روش کالیبراسیون کمی برای تنظیم ابزار استفاده کنید. به طور کلی محلول بافر استاندارد با PH=86.6 یا PH=7.00 انتخاب کنید. برخی از این ابزارها فقط PH های 0.1 یا 0.2 دارند و دارای یک دکمه تنظیم موقعیت هستند.

مراحل کار به شرح زیر است:

1. دمای بافر استاندارد را اندازه گیری کنید، جدولی رسم کنید تا مقدار PH در این دما تعیین شود و دکمه را بر روی این دما تنظیم کنید.
2. الکترود را با آب خالص بشویید و اجازه دهید تا خشک شود.
3. الکترود را در محلول بافر بخیسانید و تکان دهید تا بی حرکت بماند. پس از قرائت، دکمه موقعیت یابی را تنظیم کنید تا دستگاه مقدار PH محلول استاندارد را نمایش دهد.
4. الکترود را بیرون آورید تا آبکشی شود و سپس اجازه دهید تا خشک شود.
5. دمای نمونه را اندازه گیری کرده و دکمه دما پی اچ متر را با مقدار دما تنظیم کنید.
6. الکترود را در محلول نمونه غوطه ور کنید. پس از تکان دادن، آن را بی حرکت بگذارید. حالا که تثبیت شده است، می توانید میزان PH را بخوانید

 

کالیبراسیون دو نقطه ای پی اچ متر چگونه است؟

برای پی اچ متر های دقیق علاوه بر تنظیمات “موقعیت” و “دما” یک تنظیم به نام “شیب” الکترود نیز وجود دارد که برای کالیبراسیون دو نقطه ای به دو بافر استاندارد نیاز دارد.

به طور کلی PH=6.86 یا PH=7.00  برای کالیبراسیون “موقعیت دهی”مورد استفاده قرار می گیرند. محلول بافر PH=4.00 (اسیدی)، PH=18.18 یا PH=10.01 (قلیایی) برای “اصلاح شیب”مورد استفاده قرار می گیرند.

مراحل عملیاتی عبارتند از:

1. الکترود شسته و خشک می شود، در یک محلول بافر با PH=6.86 یا PH=7.00 خیسانده می شود و دکمه دما تنظیم می شود. پس از پایدار بودن مقدار نمایش داده شده، دکمه موقعیت را تنظیم کنید تا دستگاه مقدار PH محلول استاندارد را نمایش دهد.
2. الکترود را بیرون آورید، بشویید و خشک کنید. در دومین محلول استاندارد بخیسانید. بعد از نمایش میزان PH پایدار، دکمه شیب را طوری تنظیم کنید که مقدار نمایش داده شد دستگاه، مقدار PH محلول استاندارد دوم باشد.
3. الکترود شسته و خشک شود، سپس در محلول های بافر با PH=6.86 یا PH=7.00 غوطه ور می شود. اگر خطا بیشتر از 02 باشد، مراحل (1) و (2) را تکرار کنید.
4. الکترود را بیرون بیاورید، بشویید و خشک کنید. دکمه درجه حرارت PH را به دمای نمونه تنظیم کنیم، الکترود را در محلول نمونه قرار دهید، آن را تکان دهید تا بی حرکت بماند و بعد از تثبیت، عدد را قرائت کنید.

 

دما چقدر روی اندازه گیری دقت PH تاثیر گذار است؟

برای الکترود PH، دما بر روی هر PH تا 0.003pH/°C تاثیر گذار است. به عنوان مثال؛ یک پی اچ متر 0.2 سطح در یک بافر PH 30 درجه سانتی گراد کالیبره می شود و سپس در دمای 60 درجه سانتی گراد آزمایش می شود. (با فرض اینکه PH محلول در محدوده 8-6 باشد)، سپس حداکثر خطا دمایی بر اثر 30×0.003=0.09Ph است. این مثال نشان می دهد که دما تاثیر زیادی بر PH دارد. البته به منظور کاهش خطای درجه حرارت اندازه گیری PH می توان به 3 نکته توجه کرد:

• سعی کنید یک محلول بافر نزدیک به مقدار PH محلول اندازه گیری شده را برای کالیبراسیون پی اچ متر انتخاب کنید.
• سعی کنید دمای محلول کالیبراسیون با دمای محلول اندازه گیری شده سازگار یا نزدیک به آن باشد.
• پی اچ متر با قابلیت تنظیم دما انتخاب شود.

تمام پی اچ مترهای بالاتر از 0.1 دارای تنظیمات دمایی هستند و این در حالی است که پی اچ متر 0.2 از این قابلیت برخوردار نیست. برخی از پی اچ متر های سطح 0.2 ادعا می کنند که دارای دقتی به اندازه سطح 0.1 هستند. این گفته اشتباه است. برخی از افراد مفاهیم وضوح 0.1 را با دقت 0.1 اشتباه می گیرند. در واحد PH، خطای PH بین 60 درجه سانتی گراد 0.003×60=0.18Ph است. بنابراین تنها واحد بدون تنظیمات دمایی، واحد 0.2 است.

 

آیا تنظیمات دمایی می تواند تمام خطاهای ناشی از دما در پی اچ متر را برطرف کند؟

جبران و تنظیم درجه حرارت موجود در پی اچ متر فقط برای جبران مدت شیب الکترود (2.303RT/F) مورد استفاده قرار می گیرد. این قابلیت تحت تاثیر دما پتانسیل استاندارد الکترود شیشه ای، پتانسیل اتصال مایع و غیره است. در همان هنگام، زمانی برای به تعادل رسیدن الکترود PH در دمای جدید لازم است. بنابراین، نه تنظیمات دستی دما و نه تنظیمات خودکار دما کافی نیست.

طبق تعریف عملیاتی اندازه گیری PH، برای به دست آوردن نتایج دقیق اندازه گیری محلول نمونه و محلول استاندارد باید در دمای یکسان و ثابت اندازه گیری شود. این اصل در تمام اندازه گیری های دمایی صدق می کند.

زمانی می توان از قابلیت تنظیم و جبران دما برای اندازه گیری PH با الزامات کلی استفاده کرد که دمای محلول نمونه و محلول استاندارد متفاوت باشد.

 

چگونه می توان تشخیص داد که پی اچ متر دقیق است؟

بسیاری از کاربران در هنگام استفاده از تایمر PH گیج می شوند که آیا این پی اچ متر دقیق است یا خیر !

برخی افراد با کاغذ تست PH و برخی دیگر با توجه به استفاده هایی که در گذشته از آن داته اند می توانند دقیق بودن آن را ارزیابی کنند. اما این راهکارها غیر قابل اعتمادند. در واقع مطمئن ترین و آسان ترین راه برای تشخیص دقیق بودن پی اچ متر، استفاده از محلول بافر استاندارد PH است. شما می توانید از سه محلول زیر با PH  های متفاوت استفاده کنید.

• PH=6.86
• PH=18.18
• PH=4.00

ترجیح ما بر این است که این محلول ها را تازه تهیه کنید.

کالیبراسیون موقعیت را با PH=6.86، کالیبراسیون شیب را با PH=4.00 و سپس آزمایش را با PH=18.18 انجام دهید.

با انجام این کار شما می توانید تشخیص دهید که آیا پی اچ متر شما دقیق است یا خیر !