העיקרון של מדידת pH, מכשיר וסוגי מדי pH
כדי לקבוע במהירות את רמת ה-pH (במילים אחרות, רמת החומציות) של מדיות שונות, משתמשים במדדי pH. מים תעשייתיים או שתייה, חומצה, מלח או תמיסת אלקלית, דם, שתן ונוזלי גוף אחרים, פירות, ירקות ומוצרי מזון אחרים, תרופות רפואיות וכו'. - באופן עקרוני, הכל יכול להפוך למושא של ערך pH של מחקר תפעולי.
מדידת PH היא בעצם מדידה של פעילות יוני מימן במדיום. ואפילו הכינוי pH עצמו מתורגם מילולית מלטינית "pondus Hydrogenii" כ"משקל מימן".
כיום, מדי pH נמצאים בשימוש נרחב במיקרוביולוגיה וברפואה, בטיפול במים ואגרוכימיה, במדעי הקרקע, בהידרופוניקה, במעבדה ובמחקר בשטח, בתעשיות הכימיות והמזון, באקווריסטיות ובמקומות רבים נוספים.
מד ה-pH המודרני מאפשר לך לקבוע במדויק ובמהירות את ערך ה-pH.אם ה-pH הוא 7, המדיום הוא ניטרלי, כמו מים מזוקקים, שבהם יוני המימן החיוביים H + ויוני ההידרוקסיד השליליים OH- מחולקים שווה בשווה. אם החומציות היא יותר מ-7, המדיום הוא בסיסי. אם ה-pH נמוך מ-7, המדיום הוא חומצי.
ולמרות שכימאים תמיד הצליחו לקבוע את החומציות של המדיום בשיטה הקלאסית, באמצעות אינדיקטורים, למשל, פנולפתלין, בכל זאת, בתהליכים מסוימים פשוט יש צורך לכמת את האינדיקטור הזה במדויק, ולפעמים יש צורך לנטר כל הזמן את זה, כדי לארגן לתקן את זה. בשביל זה הומצאו מדי pH.
מד ה-pH הוא למעשה מד מילי-וולט אלקטרוני כיוון שהוא מודד את הפרש הפוטנציאלים על פני המערכת האלקטרוכימית של זוג אלקטרודות ואמצעי הבדיקה בו הם ממוקמים. זה נכון שקנה המידה של המכשיר מדורג כאן לא במיליוולט, אלא ב-pH, שכן ה-EMF הנמדד מתברר כפרופורציונלי ל-pH.
שתי אלקטרודות: מחוון זכוכית (מחמצנים אינם מפחדים מזכוכית בורוסיליקט) וכסף כלוריד - אלקטרודת התייחסות נוספת. לאלקטרודת הזכוכית התנגדות גבוהה מאוד של עשרות מגאוהם, וזו רק הדרישה הבסיסית - התנגדות הגשושית צריכה להיות לא פחות מ-0.1 GΩ. מד ה-pH מכויל באמצעות תמיסות חיץ בעלות pH ידוע.
בשל העובדה שערך EMF מושפע מהטמפרטורה, לכל מכשיר מדידה כזה יש פיצוי טמפרטורה עבור מדידות בטמפרטורות שאינן + 25 מעלות צלזיוס.אבל כדי להשיג דיוק גבוה מאוד, יש צורך למדוד במדויק בטמפרטורה של + 25 מעלות צלזיוס, ולכן מדי pH רבים מצוידים במדחום מובנה, כך שתוכל לעקוב מיד אחר הטמפרטורה של המדיום ב תהליך המחקר.
אלקטרודת זכוכית המחוון בצורת צינור עם כדור דק בקצהו, עשויה מזכוכית בורוסיליקט מיוחדת מוליכה חשמלית, מחוברת בעצם למעגל חשמלי. תנועת יוני H + חיוביים בתוך זכוכית כזו מאפשרת להשתמש בה (קטיונים בתוך הזכוכית נעים ביחס לפוליאניון של חומצה סיליקית). למבחנה יוצקים תרחיף של כלורי כסף בתמיסת חומצה הידרוכלורית, ולאחר מכן טובלים לתוכה חוט כסף - כך מתקבלת אלקטרודת כסף כלוריד.
אלקטרודת הזכוכית מורידה אל תווך הבדיקה, המעגל החשמלי נסגר על ידי הנחת אלקטרודת ייחוס נוספת (משחת כספית-קלומל בתמיסת אשלגן כלורי) לתוכה (באמצעות מתג אלקטרוליטי או ישירות). אשלגן כלורי יוצר מגע בין חלק הכספית-קלומל של התא לבין המדיום הנבדק. אלקטרודה נוספת זו ממוקמת בדרך כלל במארז זכוכית אטום ליוני H+.
המגע המוליך של תמיסת האשלגן כלוריד באלקטרודת הייחוס עם תמיסת הבדיקה נוצר עקב חוט דק או נימי במארז זכוכית, בדרך זו מתקבל תא גלווני מאלקטרודת ייחוס ואלקטרודת כסף כלוריד, וכן החלק האלקטרוליט של התא כולל סרט זכוכית מוליך וסביבת בדיקה.
EMF של מערכת האלקטרודות נמדד עם מילי-וולטמטר, קנה המידה שלה הוא מדורג ב-pH.אלקטרונים מאלקטרודת הכסף כלוריד מועברים לאלקטרודת הייחוס בפעולת ה-EMF הנמדד, המלווה תמיד בהעברת מספר שווה של פרוטונים מהחלק הפנימי של אלקטרודת הזכוכית למדיום.
אם במקרה זה ניקח את הריכוז של יוני מימן חיוביים H + בקבוע של אלקטרודת הזכוכית, אז ה-EMF יהיה פונקציה של הפעילות של H +, כלומר, פונקציה של ה-pH של המדיום הנחקר.
מודלים מודרניים של מדי pH עובדים הודות למיקרו-מעבדים המבצעים פיצוי טמפרטורה ופותרים משימות קשורות רבות. ככל שהמכשיר מורכב יותר, כך הוא יכול לפתור יותר משימות. דרגת הדיוק של המכשירים משתנה לפי דגם, וניתן לבחור מד pH מתאים עבור יישומים שונים.
ישנם מדי pH ביתיים בכיס, ישנם מעבדה מקצועית, ניידים ותעשייתיים נייחים. לחלק ממדדי ה-pH מודדים את ריכוז היונים בתווך, תכולת החנקות וכו', יש זיכרון מובנה לאחסון התוצאות, יכולת לתקשר עם מחשב ותפקוד התאמת פרמטרים באמצעות לולאת משוב.