Технология изготовления и использования pH-электродов не сильно изменилась за последние 50-60 лет, однако их производство всё ещё можно отнести к особому искусству. Взять хотя бы тот факт, что особое стеклянное тело электрода выдувается до нужной формы стеклодувами. Это не слишком продвинутый и не «высокотехнологичный» процесс, но, тем не менее, он очень важен в производстве электродов. Фактически толщина стекла определяет его сопротивление и влияет на качество измерительного датчика. Что ж, определим в этой статье 7 важных моментов, учитывая которые вы сможете сделать измерения с помощью рН-электродов максимально комфортными, экономичными и информативными.
1. Единство «в двух лицах»
pH-электроды изготовлены из стекла особого состава, которое способствует наилучшему определению концентрации ионов водорода. Это стекло обычно состоит из ионов щелочных металлов. Ионы щелочных металлов стекла и ионы водорода в растворе подвергаются реакции ионного обмена, создавая разность потенциалов. В комбинированном pH-электроде, который используют наиболее широко, на самом деле в одном корпусе находится фактически два электрода – две части единого целого. Одна часть называется измерительным электродом, а другая – электродом сравнения. Потенциал, генерируемый в месте соединения измерительной части, обусловлен наличием свободных ионов водорода в растворе.
2. «Слабый», но информативный
Потенциал эталонной части создается внутренним элементом, контактирующим с эталонным наполняющим раствором. Этот потенциал всегда постоянен. Таким образом, измерительный электрод подаёт переменное, а электрод сравнения – постоянное напряжение на измеритель. Сигнал напряжения, создаваемый pH-электродом, очень слабый, с высоким импедансом. Входной импеданс требует сопряжения только с оборудованием с цепями с высоким импедансом. Однако требуемый входной импеданс превышает 1013 Ом. По этой причине pH-электроды не взаимодействуют со всем контрольно-измерительным оборудованием напрямую.
3. Правильная среда – точные измерения
Существует несколько видов pH-электродов, доступных как для лабораторных, так и для промышленных применений. Но все они сделаны из стекла и поэтому являются хрупкими. Кроме того, электроды предназначены для измерения, в основном, водных сред. Они не предназначены для использования в растворителях – например, таких, как CCI4, которые не содержат свободных ионов водорода.
4. Живительная калибровка
pH-электроды похожи на батареи: со временем при использовании они истощаются. По мере старения электрода его стекло меняет сопротивление. Это изменение сопротивления изменяет и потенциал электрода. По этой причине электроды необходимо регулярно калибровать. До определённых пор восстановить изначальные свойства электрода помогает калибровка в специальном буферном растворе pH.
Калибровку любого pH-датчика всегда следует начинать с буфера 7.0, поскольку это «нулевая точка» электрода, соответствующая нейтральному значению рН воды. Если сравнивать шкалу pH с эквивалентной шкалой мВ с диапазоном от +420 до -420 мВ, то при pH 7.0 значение мВ равно 0. Каждое изменение pH соответствует изменению на ±60 мВ. В ходе измерения рН и мВ образца существует следующая закономерность: по мере того, как значения pH становятся более сдвинутыми в сторону окисления (меньше 7.0), значения мВ, наоборот, становятся больше. Например, pH 4.0 соответствует значению 180 мВ. И наоборот: по мере того, как значения pH становятся более «щелочными», величина мВ делается более отрицательной: к примеру, pH 9.0 соответствует значению -120 мВ. Вот почему двойная калибровка с использованием буферов 4.0 или 10.0 (калибровка по двум точкам) обеспечивает наибольшую точность системы.
5. Высокая важность – поддержать влажность
PH-электрод из-за особенностей его конструкции необходимо постоянно поддерживать во влажном состоянии. Гидратация необходима для нормального протекания процесса ионного обмена. Если электрод стал сухим, то лучше всего поместить его в воду на полчаса, чтобы восстановить его свойства для последующих измерений. Из этого утверждения следует, что хранить pH-электроды всегда следует во влажном состоянии. Когда электрод не используется, лучше всего помещать его в буферный раствор 4.0 или 7.0 или в специальный раствор для хранения. Никогда не храните электрод в дистиллированной или деионизированной воде, так как это вызовет «миграцию» заполняющего раствора с электрода.
6. Боремся с засорами
Конструктивно pH-электроды имеют переходы, которые позволяют внутреннему заполняющему раствору измерительного электрода вытекать в измеряемый раствор. Этот переход может со временем забиваться в результате попадания в электрод частиц измеряемых растворов. Если вы подозреваете засорение, рекомендовано промыть электрод в теплой водопроводной воде, чтобы растворить застрявший материал.
7. Продлеваем срок жизни электрода
Электроды pH имеют ограниченный срок службы из-за присущих им свойств. Срок службы pH-электрода будет зависеть от того, как за ним ухаживают, и от среды, для измерений которой он используется. Обычно гелевый комбинированный pH-электрод служит от шести месяцев до 1 года в зависимости от ухода за ним и условий применения. Даже если электрод не используется, он все равно стареет. Даже большую часть времени находясь «на полке», он способен прослужить около года при хранении во влажном состоянии.
На выход электрода из строя обычно указывают вялая реакция, ошибочные показания или показания, которые не меняются при изменившихся условиях. Когда это происходит, электрод больше нельзя откалибровать: к сожалению, он подлежит полной замене. Кроме того, следует заметить, что pH-электроды очень хрупкие, и это тоже является одной из причин их ограниченного срока службы. Длительность службы электрода зависит от того, как хорошо он обслуживается. Чем жёстче условия хранения и эксплуатации – тем короче его жизненный срок. По этой причине всегда полезно иметь под рукой запасной электрод, чтобы избежать простоя системы. Калибровка также является важной частью обслуживания электродов. Она сможет гарантировать не только правильное поведение электрода, но и корректную работу всей контрольно-измерительной системы.