Jump to content

PH Meter

(Перенаправлен с ph-метра )
Beckman Model M PH Meter, 1937 [ 1 ]
Beckman Model 72 PH -метра, 1960
781 PH/ионный метр PH Meter по метромуму

PH -метр -это научный инструмент , который измеряет водородно-ион активность в водных растворах , что указывает на его кислотность или щелочность, выражаемая как pH . [ 2 ] PH -метр измеряет разницу в электрическом потенциале между pH -электродом и электродом -опорным электродом, и поэтому pH -метр иногда называют «потенциометрическим pH -метром». Разница в электрическом потенциале связана с кислотностью или рН раствора. [ 3 ] Тестирование pH через pH-метры ( pH-Metry ) используется во многих приложениях, начиная от лабораторных экспериментов до контроля качества . [ 4 ]

Приложения

[ редактировать ]

Скорость и результат химических реакций, происходящих в воде, часто зависят от кислотности воды, и поэтому полезно знать кислотность воды, обычно измеряемая с помощью pH -метра. [ 5 ] Знание рН является полезным или критическим во многих ситуациях, включая химический лабораторный анализ. PH -метры используются для измерений почвы в сельском хозяйстве , качества воды для муниципальных водоснабжений, бассейнов , экологических исправлений ; пивоварение вина или пива; Производство , здравоохранение и клиническое применение, такие как химия крови ; и многие другие приложения. [ 4 ]

Достижения в области инструментов и в обнаружении расширили количество приложений, в которых могут быть проведены измерения рН. Устройства были миниатюрны , что позволяет прямому измерению pH внутри живых клеток . [ 6 ] В дополнение к измерению рН жидкостей, специально разработанные электроды доступны для измерения рН полу-солидных веществ, таких как продукты. У них есть советы, подходящие для пронзительных полусмысленных, имеют электродные материалы, совместимые с ингредиентами в пище, и они устойчивы к засолу. [ 7 ]

Дизайн и использование

[ редактировать ]
Использование раннего рН -метра Бекмана в лаборатории

Принцип работы

[ редактировать ]

Потенциометрические pH -метры измеряют напряжение между двумя электродами и отображают результат, преобразованный в соответствующее значение pH. Они включают простой электронный усилитель и пару электродов, или, альтернативно, комбинированный электрод, а также некоторую форму отображения, калиброванной в единицах pH. Обычно он имеет стеклянный электрод и элемент -электрод или комбинированный электрод. Электроды, или зонды, вставляются в испытательное решение. [ 8 ] PH -метры также могут основываться на электроде сурьмы (обычно используется для грубых условий) или электрода хиингидрона .

Чтобы точно измерить разность потенциалов между двумя сторонами электрода списка стеклянной мембраны , обычно требуются электрод серебряного хлорида или электрод каломеля, на каждой стороне мембраны. Их цель состоит в том, чтобы измерить изменения потенциала на их соответствующей стороне. Один встроен в стеклянный электрод. Другой, который вступает в контакт с испытательным решением через пористую пробку, может быть отдельным электродом справки или может быть встроен в комбинированный электрод. Полученное напряжение будет разницей в потенциалах между двумя сторонами стеклянной мембраны, возможно, компенсированной некоторой разницей между двумя электродами, которые могут быть компенсированы. Статья на стеклянном электроде имеет хорошее описание и рисунок.

Конструкция электродов является ключевой частью: это стержневые конструкции, обычно изготовленные из стекла, с лампочкой, содержащей датчик внизу. Стеклянный электрод для измерения pH имеет стеклянную луковицу, специально предназначенную для селективной концентрации водородно-ионов. При погружении в тестируемый раствор ионы водорода в тестовом обмене раствора для других положительно заряженных ионов на стеклянной лампе, создавая электрохимический потенциал по всей луковице. Электронный усилитель обнаруживает разницу в электрическом потенциале между двумя электродами, генерируемыми в измерении, и преобразует разность потенциалов в единицы pH. Величина электрохимического потенциала через стеклянную лампу линейно связана с pH в соответствии с уравнением Нернста .

Электрод справки нечувствителен к рН раствора, состоящий из металлического проводника, который подключается к дисплею. Этот проводник погружен в раствор электролита, обычно хлорид калия, который вступает в контакт с испытательным раствором через пористую керамическую мембрану. [ 9 ] Дисплей состоит из вольтметра , который отображает напряжение в единицах pH. [ 9 ]

При погружении стеклянного электрода и электрода справки в испытательном растворе завершена электрическая цепь , в которой существует разность потенциалов, созданная и обнаруженная вольтметром. Цепь можно рассматривать как о переходе от проводящего элемента элемента справочного электрода в окружающий раствор хлорида калия через керамическую мембрану к испытательному раствору, водород-ионо-селективное стекло стеклянного электрода, к раствору внутри Стеклянный электрод, к серебра стеклянного электрода и, наконец, вольтметр устройства дисплея. [ 9 ] Напряжение варьируется от испытательного раствора к тестированию раствора в зависимости от разности потенциалов, созданной разницей в концентрациях водородных ионов на каждой стороне стеклянной мембраны между испытательным раствором и раствором внутри стеклянного электрода. Все другие потенциальные различия в схеме не варьируются в зависимости от рН и корректируются с помощью калибровки. [ 9 ]

Для простоты многие pH -метры используют комбинированный зонд, построенный со стеклянным электродом, и элементарный электрод, содержащийся в одном зонде. Подробное описание комбинированных электродов приведено в статье на стеклянных электродах . [ 10 ]

PH -метр откалибруется с помощью растворов известного pH, обычно перед каждым использованием, для обеспечения точности измерения. [ 11 ] Для измерения рН раствора электроды используются в качестве зондов, которые опускаются в испытательные растворы и удерживаются там достаточно длинными для ионов водорода в испытательном растворе, чтобы уравновешиваться с ионами на поверхности луковицы на стеклянном электроде Полем Это уравновешивание обеспечивает стабильное измерение рН. [ 12 ]

PH Электрод и справочный электрод

[ редактировать ]

Детали изготовления и полученная микроструктура стеклянной мембраны рН -электрода поддерживаются в качестве коммерческих секретов производителями. [ 13 ] : 125  Однако некоторые аспекты дизайна опубликованы. Стекло представляет собой твердый электролит, для которого ионы щелочных металлов могут переносить ток. Чудолетняя рН стеклянная мембрана, как правило, сферическая, чтобы упростить изготовление равномерной мембраны. Эти мембраны имеют толщину до 0,4 миллиметра, толще, чем оригинальные конструкции, чтобы сделать зонды прочными. Стекло имеет силикатную химическую функциональность на своей поверхности, которая обеспечивает сайты связывания для ионов щелочных металлов и ионов водорода из растворов. Это обеспечивает ионообменную емкость в диапазоне 10 −6 до 10 −8 моль/см 2 Полем Селективность для ионов водорода (h + ) возникает из баланса ионного заряда, требований к объему по сравнению с другими ионами и координационного числа других ионов. Производители электродов разработали композиции, которые соответствующим образом уравновешивают эти факторы, в частности, литиевое стекло. [ 13 ] : 113–139 

Электрод хлорида серебра наиболее часто используется в качестве элементалового электрода в pH -метрах, хотя в некоторых конструкциях используется насыщенный каломельный электрод . Электрод хлорида серебра прост в производстве и обеспечивает высокую воспроизводимость . Электрод справки обычно состоит из платиновой проволоки, которая имеет контакт с смесью хлорида серебра/серебра, которая погружается в раствор хлорида калия. Существует керамическая заглушка, которая служит контактом с испытательным раствором, обеспечивая низкое сопротивление при предотвращении смешивания двух решений. [ 13 ] : 76–91 

С этими конструкциями электродов вольтметр обнаруживает потенциальные различия ± 1400 милливолт. [ 14 ] Электроды дополнительно предназначены для быстрого уравновешивания с помощью испытательных решений, чтобы облегчить простоту использования . Время уравновешивания обычно меньше одной секунды, хотя время уравновешивания увеличивается с возрастом электродов. [ 13 ] : 164 

Обслуживание

[ редактировать ]

Из -за чувствительности электродов к загрязняющим веществам чистота зондов необходима для точности и точности . Зонды, как правило, сохраняются влажными, если они не используются со средой, подходящей для конкретного зонда, который, как правило, является водным раствором, доступным от производителей зондов. [ 11 ] [ 15 ] Производители зондов предоставляют инструкции по очистке и поддержанию конструкций зонда. [ 11 ] Для иллюстрации один из производителей лабораторного рН дает инструкции по очистке для конкретных загрязняющих веществ: общая очистка (15-минутное замачивание в растворе отбеливателя и моющего средства), соль ( раствор соляной кислоты с последующим гидроксидом натрия и водой), смазка (детергент или или Метанол), забитый эталонный соединение (раствор KCL), отложения белка (пепсин и HCl, 1% раствор) и пузырьки воздуха. [ 15 ] [ 16 ]

Калибровка и эксплуатация

[ редактировать ]
5,739 pH/ион при температуре 23 ° C, показанной на фото. PH 7110 PH -метра, изготовленная INOLAB

Немецкий институт стандартизации публикует стандарт измерения pH с использованием pH -метров, DIN 19263. [ 17 ]

Очень точные измерения требуют, чтобы pH -метр откалиброван до каждого измерения. Более обычно калибровка выполняется один раз в день работы. Калибровка необходима, потому что стеклянный электрод не дает воспроизводимых электростатических потенциалов в течение более длительных периодов времени. [ 13 ] : 238–239 

В соответствии с принципами хорошей лабораторной практики калибровка выполняется как минимум с двумя стандартными буферными растворами , которые охватывают диапазон значений pH. Для общих целей подходят буферы при рН 4,00 и рН 10,00. PH -метр имеет один контроль калибровки, чтобы установить показания счетчика, равное значению первого стандартного буфера, и второй элемент управления для регулировки показания счетчика до значения второго буфера. Третий управление позволяет установить температуру. Стандартные буферные пакетики, доступные от различных поставщиков, обычно документируют температурную зависимость контроля буфера. Более точные измерения иногда требуют калибровки при трех различных значениях pH. Некоторые pH-метры обеспечивают встроенную коррекцию температуры с коэффициентом, с температурными термопары в электродных датчиках. Процесс калибровки коррелирует напряжение, полученное зондом (приблизительно 0,06 вольт на единицу pH) с шкалой pH. Хорошая лабораторная практика диктует, что после каждого измерения зонды промыты дистиллированная вода или деионизированная вода , чтобы удалить любые следы измеренного раствора, блоттированную научной протиркой, чтобы поглощать любую оставшуюся воду, которая может разбавить образец и, таким образом, изменить показания, а затем погрузиться в раствор для хранения, подходящий для конкретного типа зонда Полем [ 18 ]

Типы ph -метров

[ редактировать ]
Простой PH -метр
почвы PH -метра

В целом есть три основные категории pH -метров. PH -метры Benchtop часто используются в лабораториях и используются для измерения образцов, которые доставляются в PH -метр для анализа. Портативные или полевые pH -метры являются портативными pH -метрами, которые используются для получения pH образца в полевых или производственных площадках. [ 19 ] Встроенные или in situ PH-метры, также называемые анализаторами pH, используются для непрерывного измерения pH в процессе и могут отдельно отдельно или подключаться к информационной системе более высокого уровня для управления процессом. [ 20 ]

PH-метры варьируются от простых и недорогих устройств, похожих на ручку, до сложных и дорогих лабораторных инструментов с компьютерными интерфейсами и несколькими входами для индикаторных и температурных измерений, которые должны быть введены для корректировки изменения pH, вызванного температурой. Выход может быть цифровым или аналоговым, а устройства могут быть мощными или полагаться на линию . Некоторые версии используют телеметрию для подключения электродов к устройству отображения вольтметра. [ 13 ] : 197–215 

Специальные счетчики и зонды доступны для использования в специальных приложениях, таких как суровая среда [ 21 ] и биологические микроокружения. [ 6 ] Существуют также голографические датчики pH, которые позволяют измерять рН колориметрически , используя разнообразные индикаторы pH . [ 22 ] Кроме того, существуют коммерчески доступные pH -метры на основе электродов твердотельного состояния , а не на обычных стеклянных электродах. [ 23 ]

«Вот новый PH Meter PH Beckman», 1956

Концепция pH была определена в 1909 году Spl Sørensen , а электроды использовались для измерения pH в 1920 -х годах. [ 24 ]

В октябре 1934 года Арнольд Орвилл Бекман зарегистрировал первый патент на полный химический инструмент для измерения pH, патента США № 2 058 761, для его «ациметра», позже переименованного в PH -метра. Бекман разработал прототип в качестве доцента кафедры химии в Калифорнийском технологическом институте , когда его попросили разработать быстрый и точный метод измерения кислотности лимонного сока для калифорнийского обмена фруктами ( Sunkist ). [ 25 ] : 131–135 

8 апреля 1935 года Бекман переименовал национальные технические лаборатории, сосредоточенные на производстве научных инструментов, а компания Arthur H. Thomas в качестве дистрибьютора для своего PH -метра. [ 25 ] : 131–135  За первый полный год продаж в 1936 году компания продала 444 Ph -метра за 60 000 долларов США. [ 26 ] В ближайшие годы компания продала миллионы единиц. [ 27 ] [ 28 ] В 2004 году PH -метр Beckman был обозначен национальной исторической химической вехой ACS в признании его значения в качестве первого коммерчески успешного электронного pH -метра. [ 26 ]

Radiometer Corporation в Дании была основана в 1935 году и начала маркетинг PH-метра для медицинского использования около 1936 года, но «разработка автоматических pH-метеров для промышленных целей пренебрегал. Вместо этого американские производители инструментов успешно разработали промышленные ph-меши с широкими Разнообразие применений, таких как пивоваренные заводы, бумажные работы, выпускники и системы очистки воды ». [ 24 ]

В 1940 -х годах электроды для pH -метров часто были трудно сделать или ненадежны из -за хрупкого стекла. Доктор Вернер Инголд начал промышленно использовать производство измерительных ячеек с одной строкой, комбинация измерения и электрода в одном строительном блоке, [ 29 ] что привело к более широкому признанию в широком спектре отраслей, включая фармацевтическое производство. [ 30 ]

Бекман продавал портативный «карманный pheter» еще в 1956 году, но у него не было цифрового показания. [ 31 ] В 1970 -х годах Jenco Electronics of Taiwan разработала и изготовил первый портативный цифровой PH -метр. Этот счетчик был продан под этикеткой корпорации Cole-Parmer . [ 32 ]

Создание pH -метра

[ редактировать ]

Специализированное производство требуется для электродов, а детали их конструкции и строительства обычно являются коммерческими секретами. [ 13 ] : 125  Однако при покупке подходящих электродов можно использовать стандартный мультиметр для завершения строительства pH -метра. [ 33 ] Тем не менее, коммерческие поставщики предлагают вольтметр, которые упрощают использование, включая калибровку и компенсацию температуры. [ 7 ]

Смотрите также

[ редактировать ]
  1. ^ «Бекман Коултер вехи» (PDF) . Бекман Коултер . Получено 5 апреля 2017 года .
  2. ^ "PH Meter" . Encyclopædia Britannica Online . 2016 ​Получено 10 марта 2016 года .
  3. ^ Оксфордский словарь биохимии и молекулярной биологии (2 изд.), Изд. Ричард Каммак, Тереза ​​Этвуд, Питер Кэмпбелл, Говард Парш, Энтони Смит, Фрэнк Велла и Джон Стерлинг, издательство Оксфордского университета 2006, ISBN   9780198529170
  4. ^ Jump up to: а беременный «Измерение и значение рН» . Глобальная вода . Xylem, Inc. Получено 21 марта 2017 года .
  5. ^ Белл, Рональд Перси. «Кислотная реакция» . Энциклопедия Британская . Энциклопедия Britannica, Inc. Получено 21 марта 2017 года .
  6. ^ Jump up to: а беременный Loiselle, FB; Кейси, младший (2010). «Измерение внутриклеточного pH». Мембранные переносчики в обнаружении и развитии лекарств . Методы в молекулярной биологии. Тол. 637. С. 311–31. doi : 10.1007/978-1-60761-700-6_17 . ISBN  978-1-60761-699-3 Полем PMID   20419443 .
  7. ^ Jump up to: а беременный «Руководство по измерению pH» (PDF) . Праголяб . Thermo Scientific, Inc. Получено 22 марта 2017 года .
  8. ^ Риддл, Питер (2013). «PH -метры и их электроды: калибровка, техническое обслуживание и использование». Биомедицинский ученый . Апрель: 202–205.
  9. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Anthoni, J. Floor. «Принципы pH -метра» . SeaFriends.org . Морские друзья по сохранению и образованию . Получено 28 марта 2017 года .
  10. ^ Вансек, Петр (2004). «Стекло -рН -электрод» (PDF) . Интерфейс . Нет. Лето. Электрохимическое общество. С. 19–20 . Получено 3 апреля 2017 года .
  11. ^ Jump up to: а беременный в Bitesize Bio: Как заботиться о вашем метре PH , Steffi Magub, 18 мая 2012 года.
  12. ^ «Теория и практика измерения pH» (PDF) . Эмерсон управление процессами . Декабрь 2010 года. Архивировано из оригинала (PDF) 2016-10-20 . Получено 2017-04-03 .
  13. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин Galster, Helmuth (1991). Измерение pH: основы, методы, применение, инструменты . Weinheim: VCH Publishers, Inc. ISBN  978-3-527-28237-1 .
  14. ^ Ltd, WG PYE и CO (1962). «Потенциометрический pH -метр». Журнал научных инструментов . 39 (6): 323. doi : 10.1088/0950-7671/39/6/442 .
  15. ^ Jump up to: а беременный MRC Lab: Как хранить, чистить и восстановить pH-электроды, архивные 2015-09-22 на машине Wayback .
  16. ^ Чистящие электроды .
  17. ^ «Измерение рН - измерение pH цепочки» . Beuth Publishing Din . Beuth Verlag Gmbh . Получено 28 марта 2017 года .
  18. ^ «Как выполнить калибровку pH -метра» . all-about-ph.com . Получено 14 декабря 2016 года .
  19. ^ "Что такое PH -метр и как он работает?" Полем Mettler-Toledo LLC . Получено 21 июля 2021 года .
  20. ^ «Руководство по теории и практике измерения pH» . Mettler-Toledo LLC . Получено 21 июля 2021 года .
  21. ^ Олсон, Вики (2015-04-15). «Как выбрать датчик pH для суровых процессовых сред» . Automation.isa.org . Международное общество автоматизации . Получено 31 марта 2017 года .
  22. ^ А.К. letisen; H приклад; F Da Cruz vasconcellos; Y Монтелонго; Кабина Дэвидсона; J Blyth; JB Carmody; S Vignolini; U Steiner; JJ BaUmberg; ТД Уилкинсон; Кр Лоу (2013). «Светоподавленное написание химически перестраиваемых узкополосных голографических датчиков» . Усовершенствованные оптические материалы . 2 (3): 250. doi : 10.1002/Adom.201300375 . S2CID   96257175 .
  23. ^ "PH Electrode" . ph-meter.info . Получено 30 марта 2017 года .
  24. ^ Jump up to: а беременный Трэвис, Энтони С.; Schröter, Hg; Хомбург Э .; Моррис, PJT (1998). Детерминанты в эволюции европейской химической промышленности: 1900-1939 гг.: Новые технологии, политические рамки, рынки и компании . Дордрехт: Kluwer Acad. Издательство п. 332. ISBN  978-0-7923-4890-0 Полем Получено 29 мая 2015 года .
  25. ^ Jump up to: а беременный Арнольд Тхакрей и Минор Майерс -младший (2000). Арнольд О. Бекман: ​​Сто лет совершенства . Предисловие Джеймса Д. Уотсона. Филадельфия, Пенсильвания: Фонд химического наследия. ISBN  978-0-941901-23-9 .
  26. ^ Jump up to: а беременный «Развитие PH -метра Beckman» . Национальные исторические химические достопримечательности . Американское химическое общество . Получено 25 марта 2013 года .
  27. ^ Лютер, Клаудия (19 мая 2004 г.). "Арнольд О. Бекман, 104" . News Chicago Tribune . Получено 8 марта 2014 года .
  28. ^ Jaehnig, Kenton G. Найти помощь в историческую коллекцию Beckman 1911 - 2011 (Bulk 1935 - 2004) . Получено 30 октября 2015 года . Нажмите на «Историческую коллекцию Бекмана», чтобы найти помощь в полном документе. {{cite book}}: |website= игнорируется ( помощь )
  29. ^ 15.3.1957: Английский патент - измерение сборки для определения концентраций ионов и окислительно -восстановительных потенциалов, особенно подходящих для проведения измерений при повышенных температурах. Патент № 850177
  30. ^ Доктор А. Фихтер, доктор W. Ingold и A. Baerfuss, Chemistry Engineering Technology 10 (1964) 1000-1004: «Контроль PH в технологии микробиологических процессов»
  31. ^ «Вот новый PH -метр Beckman PHAPL» . Институт истории науки . 1956 . Получено 6 августа 2019 года .
  32. ^ Буй, Джон. «Эволюция рН -метра» . Менеджер лаборатории . Получено 7 октября 2010 года .
  33. ^ «Создание самых простых возможных pH -метра» . 66pacific.com . Получено 29 марта 2017 года .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 41431b9d30aa92f57ce92e2f52986ed7__1725902040
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/41/d7/41431b9d30aa92f57ce92e2f52986ed7.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
pH meter - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)