Princíp merania pH

Meranie elektronickými pH metrami je založené na elektrochemickom princípe.

pH elektródy sú vyrábané zo špeciálneho skla, ktoré sníma koncentráciu vodíkových iónov. Toto sklo sa typicky skladá z iónov alkalických kovov. Ióny alkalických kovov skla a vodíkové ióny v roztoku podliehajú iónomeničovej reakcii, ktorá vytvára potenciálny rozdiel. V kombinovanej pH elektróde, najpoužívanejšej variante, sú vlastne dve elektródy v jednom tele.

Jedna časť sa nazýva meracia elektróda, druhá referenčná elektróda. Potenciál generovaný v mieste spojenia meracej časti je spôsobený voľnými vodíkovými iónmi prítomnými v roztoku.

Potenciál referenčnej časti je produkovaný vnútorným prvkom v kontakte s referenčným plniacim roztokom. Tento potenciál je vždy konštantný. Stručne povedané, meracia elektróda dodáva meniace sa napätie a referenčná elektróda dodáva meraciemu prístroju konštantné napätie. Napäťový signál produkovaný pH elektródou je veľmi malý signál s vysokou impedanciou. Vstupná impedancia vyžaduje, aby bola prepojená iba so zariadením s obvodmi s vysokou impedanciou.

Rozdiel u pH elektród:

Elektróda so skleneným telom – elektróda s epoxidovým (plastovým) telom:

Elektródy so skleneným telom odolávajú vyšším teplotám (zvyčajne 100 °C ) a sú odolnejšie voči korozívnym chemikáliám a rozpúšťadlám (organické rozpúšťadlá a korozívne látky). Ľahšie sa čistia a sú dostupné v rôznych tvaroch v závislosti od aplikácie.

Epoxidové elektródy sú odolnejšie, vhodné pre náročné terénne podmienky. Odolávajú teplotám do 80 °C a sklenená ,,membrána,, je lepšie chránená.

Elektródy naplnené gélom (uzatvorené) – znovu naplniteľné elektródy:

Plniteľné elektródy majú dlhú životnosť, pretože elektrolyt je možné vďaka plniacemu otvoru vymieňať  opakovane.

Odozva je rýchlejšia vďaka väčšiemu odtoku elektrolytu do vzorky, a preto je menej pravdepodobné, že sa upchá.

Elektródy plnené gélom (uzatvorené) vyžadujú menšiu údržbu a odolávajú vyššiemu tlaku. Majú však zvyčajne kratšiu životnosť.

Dva referenčné spoje – Jeden referenčný spoj:

Referenčné elektródy s dvojitým spojom majú dlhšiu životnosť a chránia meranú vzorku pred kontamináciou striebrom z elektrolytu. Strieborný drôt je viac chránený, a preto sa menej kontaminuje. Sú vhodné pre stanovenie v roztokoch obsahujúcich sulfidy a ťažké kovy.

Elektródy s jedným spojom sú zvyčajne lacnejšie a sú ideálne pre väčšinu všeobecných aplikácií

Kužeľový tvar – guľový tvar:

Elektróda kónického tvaru sa ľahšie čistí a udržiava (ideálne pre mliečne výrobky). Má odolnejšiu špičku, a preto  je ideálna na penetráciu.

Guľový tvar má rýchlejšiu odozvu vďaka väčšej ploche na žiarovke.

Pre správne fungovanie musí byť sklo pH elektródy neustále hydratované, aby správne dochádzalo k procesu iónovej výmeny. Ak elektróda vyschne, najlepšie je vložiť ju na pol hodiny do uskladňovacieho roztoku alebo vody z vodovodu.

pH elektródy sú ako batérie; časom a používaním sa míňajú. Ako elektróda starne, jej sklo mení odpor. Táto zmena odporu mení potenciál elektródy. Z tohto dôvodu je potrebné elektródy pravidelne kalibrovať. Kalibrácia v kalibračnom  roztoku pH túto zmenu koriguje. Kalibrácia akéhokoľvek pH zariadenia by mala vždy začínať pufrom 7.0, pretože toto je „nulový bod“.

pH stupnica má ekvivalentnú mV stupnicu. Rozsah mV sa pohybuje od +420 do -420 mV. Pri pH 7,0 je hodnota mV 0. Každá zmena pH zodpovedá zmene o cca. ±60 mV. Keď sú hodnoty pH kyslejšie, hodnoty mV sa zvyšujú.

pH elektródy majú spoje, ktoré umožňujú vnútornému roztoku elektrolytu meracej elektródy uniknúť do meraného roztoku.

Toto spojenie sa môže upchať časticami v roztoku a môže tiež spôsobiť kontamináciu kovovými iónmi prítomnými v roztoku. Ak máte podozrenie na upchatý spoj, najlepšie je namočiť elektródu do vody z vodovodu, aby sa rozpustil materiál a spoj sa vyčistil. Keď elektródu nepoužívate, je najlepšie ju uložiť do pufra 4.0 alebo 7.0. Nikdy neskladujte elektródu v destilovanej alebo deionizovanej vode, pretože to spôsobí migráciu roztoku elektrolytu z elektródy.

Ako dlho pH elektróda vydrží, závisí od starostlivosti a od roztokov, ktoré sa používajú na meranie. Gélom naplnená kombinovaná pH elektróda zvyčajne vydrží šesť mesiacov až 1 rok v závislosti od starostlivosti a aplikácie.

Životnosť pH elektródy  závisí od toho, ako dobre je sonda udržiavaná a podľa aplikácie pH. Čím drsnejší systém, tým kratšia životnosť. Z tohto dôvodu je vždy dobré mať po ruke záložnú elektródu, aby ste predišli výpadkom systému. Kalibrácia je tiež dôležitou súčasťou údržby elektródy. To zaisťuje nielen správne správanie elektródy, ale aj správne fungovanie systému

Všetky pH a ORP elektródy sú dodávané s uzáverom na uskladnenie špičky elektródy,

do ktorej sa umiesti malé množstvo uskladňovacieho roztoku, ktorý pomáha udržiavať sklenenú banku elektródy vždy vlhkú.

Teplotná kompenzácia:

Pri meraní pH pomocou pH elektródy sa teplotná chyba elektródy mení na základe Nernstovej rovnice ako 0,03 pH/10C/jednotka pH od pH7. Chyba spôsobená teplotou je funkciou teploty a meraného pH. Teplotnú kompenzáciu je možné dosiahnuť manuálne alebo automaticky.

Manuálna teplotná kompenzácia sa zvyčajne dosiahne zadaním teploty meranej tekutiny do menu prístroja a potom prístroj zobrazí hodnotu pH „Temperature Compensated“.

To znamená, že teplota je korigovaná na hodnotu očakávanú pri 25 °C. Automatická teplotná kompenzácia vyžaduje vstup z teplotného senzora a neustále vysiela kompenzovaný pH signál na displej.

Automatická teplotná kompenzácia je užitočná na meranie pH v systémoch s veľkými zmenami teploty.