اصل اساسی اندازه گیری pH

اصل اساسی اندازه گیری pH

روش اندازه گیری جریان صفر آشنا و قدیمی که برای تعیین فرآیندهای واکنش شیمیایی استفاده می شود احتمالاً اندازه گیری pH است. به طور کلی، اندازه گیری pH برای تعیین اسیدیته یا قلیایی بودن محلول استفاده می شود. حتی آب خالص شیمیایی نیز مقدار کمی تفکیک دارد و معادله یونیزاسیون آن عبارت است از: H2O H2O=H3O-OH - (1) با توجه به اینکه فقط مقدار بسیار کمی آب تفکیک می شود، غلظت مولی یون ها به طور کلی یک توان منفی هستند. برای جلوگیری از استفاده از توان منفی غلظت مولی برای محاسبات، زیست شناس سورنسن در سال 1909 پیشنهاد کرد که این مقدار نامناسب را با لگاریتم جایگزین کرده و آن را به عنوان "مقدار pH" تعریف کند. از نظر ریاضی، مقدار pH به عنوان لگاریتم منفی غلظت رایج یون هیدروژن تعریف می شود. یعنی pH=یک log [H]

(2) با توجه به وابستگی شدید محصول یونی به دما، برای مقدار pH کنترل فرآیند، لازم است به طور همزمان ویژگی های دمایی محلول را بدانید. فقط زمانی که محیط اندازه گیری شده در همان دما باشد می توان مقدار pH آن را مقایسه کرد. به منظور بدست آوردن مقدار pH قابل تکرار، از آنالیز پتانسیومتری برای اندازه گیری pH استفاده می شود. الکترود مورد استفاده در روش تحلیل پتانسیل باتری اولیه نامیده می شود. ولتاژ این باتری را نیروی الکتروموتور (EMF) می گویند. این نیروی الکتروموتور (EMF) از دو و نیم باتری تشکیل شده است. یکی از نیم سلول ها، الکترود اندازه گیری نامیده می شود و پتانسیل آن مربوط به فعالیت یونی خاص است. نیم سلول دیگر یک نیم سلول مرجع است که معمولاً به عنوان الکترود مرجع شناخته می شود که معمولاً به محلول اندازه گیری متصل می شود و به یک pH متر صنعتی متصل می شود. الکترود هیدروژن استاندارد نقطه مرجع برای همه اندازه گیری های پتانسیل است. الکترود استاندارد هیدروژن یک سیم پلاتین است که با پلاتین کلرید آبکاری شده (روکش شده) و توسط گاز هیدروژن احاطه شده است. آشناترین و پرکاربردترین الکترود نشانگر PH، الکترود شیشه ای است. این یک لوله شیشه ای است که در انتهای آن یک فیلم شیشه ای حساس به pH دمیده شده است. لوله با محلول بافر KCI حاوی AgCI اشباع شده با مقدار pH برابر با 7 پر شده است. 1n [H3oq (3) n.] در فرمول، E پتانسیل است. E ولتاژ استاندارد الکترود است. R ثابت گاز است. T دمای کلوین است. F ثابت فارادی است. N ظرفیت یون اندازه گیری شده است. [HO] فعالیت یون HO است. همانطور که از معادله بالا مشاهده می شود، بین پتانسیل E و فعالیت و دمای یون های HO رابطه مشخصی وجود دارد. در یک دمای معین، با اندازه‌گیری پتانسیل E می‌توان ln [HO] را محاسبه کرد (برای بدست آوردن pH به log [HO] تبدیل می‌شود)، که اصل اساسی تشخیص pH است. در فرمول نرنست، دما به عنوان یک متغیر نقش بسزایی دارد. با افزایش دما، مقدار پتانسیل نیز افزایش می یابد. به ازای هر 1 درجه افزایش دما، باعث تغییر بالقوه 0.2 mV/pH می شود. مقدار pH که با مقدار pH نشان داده می شود، 0033/0 0 در هر LPH در هر I~C تغییر می کند. این بدان معنی است که برای اندازه گیری های حدود 20-30 درجه و pH 7، نیازی به جبران تغییرات دما نیست. برای کاربردهایی با دمای بیشتر از 30 درجه یا کمتر از 20 درجه و مقادیر pH بیشتر از 8 یا کمتر از 6، تغییرات دما باید جبران شود.