Начнем с того, что такое рН-метр - это прибор для измерения водородного показателя (показателя pH), характеризующего активность ионов водорода в растворах, воде, пищевой продукции и сырье, объектах окружающей среды и производственных системах непрерывного контроля технологических процессов, в том числе в агрессивных средах. Проще говоря, рН-метр показывает уровень кислотности.
Значение pH варьируется от 0 до 14. Если рН равен 7, то среда нейтральная (например, дистиллированная вода). Если значения ниже 7, это указывает на кислую среду, а выше 7 — на щелочную. pH-метры широко применяются в химии, биологии, экологии и других областях для контроля качества воды, почвы и различных растворов.
pH-метр состоит из нескольких основных компонентов:
Электрод. Это основная часть pH-метра, которая измеряет уровень pH. Обычно используется стеклянный электрод, который чувствителен к ионам водорода.
Система измерения. pH-метр преобразует электрический сигнал, получаемый от электрода, в значение pH. Это может быть аналоговый или цифровой дисплей.
Калибровка. Для точных измерений pH-метры необходимо калибровать с использованием стандартных буферных растворов с известными значениями pH.
Температурный датчик. Некоторые pH-метры имеют встроенные датчики температуры, так как pH может изменяться в зависимости от температуры раствора.
Принцип работы
pH-метр работает на основе измерения разности потенциалов между стеклянным электродом и референтным электродом. Стеклянный электрод реагирует на ионы водорода в растворе, создавая электрический сигнал, который затем преобразуется в значение pH.
Существует несколько видов pH-метров, которые различаются по конструкции, назначению и функциональности:
Небольшие переносные приборы с автономным питанием. Измерительный блок и зонд датчика здесь, как правило, конструктивно разделены, что позволяет обслуживать или менять электроды в случае повреждения
Отличительные характеристики и устройство портативного рН-метра:
1. Переносной
2. Электрод либо комбинированный, либо измерительный электрод + электрод сравнения
3. Измерительный блок отдельно
Компактные и легкие устройства, предназначенные для использования в полевых условиях. Обычно работают на батарейках и имеют простой интерфейс. Идеальны для быстрого измерения pH в различных средах, таких как почва, вода и растворы. Электроды и измерительный блок в них заключены в единый корпус, что исключает замену электрода. Поэтому для этого типа приборов особенно важно качество изготовления.
Отличительные характеристики и устройство карманного рН-метра:
1. Переносной
2. компактный
3. Электрод комбинированный (сменный)
4. Единый корпус (измерительный блок+ электрод)
- Настольные pH-метры (лабораторный).
Более крупные и точные устройства, предназначенные для лабораторного использования. Обеспечивают высокую точность измерений и могут иметь дополнительные функции, такие как автоматическая калибровка и температурная компенсация. Часто используются в научных исследованиях и анализе. Сетевое электропитание способно обеспечить долгую бесперебойную работу. Поэтому эти приборы применяются на крупных производствах для непрерывного мониторинга сред, часто по разным параметрам
Отличительные характеристики и устройство настольного рН-метра:
1. Стационарный
2. Наивысшая точность измерения
3. Электрод либо комбинированный, либо измерительный электрод + электрод сравнения
4. Измерительный блок отдельно
- pH-метры с температурным датчиком.
Эти устройства могут измерять как pH, так и температуру раствора одновременно. Температурная компенсация позволяет получать более точные результаты, так как pH может изменяться в зависимости от температуры.
- pH-метры с несколькими электродами.
Оснащены несколькими электродами для измерения pH в различных условиях или для одновременного измерения pH в нескольких образцах. Используются в сложных лабораторных и промышленных приложениях.
- Специализированные pH-метры.
Разработаны для измерения pH в определенных средах, таких как пищевые продукты, косметика или биологические жидкости. Эти устройства могут иметь специальные электроды, адаптированные для работы с конкретными типами образцов.
Почти все современный pH-метры оснащены функциями автоматической калибровки и могут выполнять многократные измерения без вмешательства человека.
Каждый тип pH-метра имеет свои преимущества и недостатки, и выбор зависит от конкретных потребностей пользователя и условий измерения. За бесплатной профессиональной консультацией можно обратиться в компанию ООО "КОЛБА" по телефону или оставив заявку.
Типы рН электродов
pH-метры могут иметь специальные электроды, адаптированные для работы с конкретными типами образцов.
- Электрод сравнения. Стеклянный стержень заполнен электролитом (чаще всего это хлорид калия). Внутри расположена серебряная проволока с напылением хлорида серебра. Поддержание постоянства потенциала осуществляется путем истечения электролита через диафрагму. Восполнение электролита происходит через отверстие, расположенное в верхней части электрода.
- Измерительный электрод. Стеклянный стержень заполнен электролитом (хлорид калия). Внутри расположена серебряная проволока с напылением хлорида серебра. На нижней части электрода расположена мембрана. Она обладает выборочной пропускной способностью для измеряемых ионов (для рН электродов это ионы водорода (H+)).
Виды мембран рН Измерительных электродов
- Полусфера. Для измерения pH воды, обычных водных растворов, напитков, пива, вина.
- Подвижный рукав. Для измерения образцов с низким содержанием ионов - дистиллированная, деионизированная вода, вода после обратного осмоса, неводные растворы) и низкой температурой
- Устойчивая мембрана и корпус. Для измерения рН высокотемпературных и сильно концентрированных кислотами или щелочами образцов.
- Конусовидная мембрана. Для измерения рН твёрдых/полутвёрдых образцов. Для измерения рН мяса дополнительно используют насадку-лезвие из титанового сплава.
- Тонкая мембрана. Для измерения рН образцов малого объёма в центрифужных пробирках, кюветах, микропланшетах, ЯМР-тестах.
- Система сравнения под давлением. Для измерения рН в вязких средах (молочные продукты, косметика, краска, смола). Электролит из системы сравнения подается под давлением, что обеспечивает истечение электролита в образец.
- Плоская мембрана. Для измерения рН плоских поверхностей, таких как кожа, фрукты, мясо, бумага, а также сыра.
Где применяются pH-метры:
1. Производства - контроль технологических процессов (фармакология, пищевые, химические, нефтехимические, косметические, лакокрасочные, топливные, сельское хоз-во)
2. Научные и испытательные лаборатории (н-р в ветеринарии используется для исследований качества и анализа кормов (кислотности силоса), выявление отклонения работы желудка (исследование желудочного сока))
3. Лаборатории качества воды (питьевые, сточные)
4. Экологический мониторинг
На какие процессы влияет значение рН:
1. Скорость химической реакции, стабильность молекул (н-р показатель твердости или мягкости сыра)
2. Жизнедеятельность микро- макро- организмов.
Микро - зная, отношение различных микроорганизмов к реакции среды, и регулируя рН, можно подавлять или стимулировать их развитие. Для мяса - это контроль свежести продукта, для кисломолочных продуктов и продуктов виноделия и пивоварения. Контроль за приемлемой средой для ферментативной работы микроорганизмов. Макро - Аквакультура
3. Контроль урожайности (культуры предпочитают свой диапазон кислотности почв)
4. Определение уровня загрязненности - загрязняющий компонент будет менять pH среды
Как хранить рН-метры и электроды
Зонд измерителя уровня кислотности вне работы необходимо держать в электролитной среде. Если долгое время он оставался открытым, прибор не будет готов к использованию. Для восстановления датчик нужно подержать в электролите примерно 12 часов.
Хранить измерительный электрод необходимо в специальном растворе для хранение электродов.
Хранить электрод сравнения и комбинированный электрод в растворе для хранения электродов
Не забывайте заполнять электролитом электроды сравнения и комбинированные электроды с жидким электролитом (Для комбинированных электродов с гелевым электродом заполнение не требуется)
Основные термины
1. Иономер - прибор, определяющий количество заряженных частиц в растворе (рН, натрий, нитрат-ион, нитрит-ион и т.д.)
2. рН - водородный показатель, показатель кислотности/щелочности раствора
3. рН-метр - прибор, определяющий величину рН показателя
4. АСТ - автоматическая температурная компенсация - Такие показатели как pH, ОВП, УЭП, TDS зависят от температуры – зависимость прямая. Датчик температуры фиксирует температуру, а микропроцессор корректирует показания устройства в зависимости от выставленной в измерительном блоке температуры
5. Кислотный рН - величина рН раствора 0-7 ед
6. Щелочной рН - величина рН раствора 7-14ед
7. Электрод сравнения - электрод с постоянным (опорным) потенциалом
8. Измерительный электрод - электрод с полупроницаемой мембраной, служит для измерения потенциала определенных заряженных частиц = Ионоселективный электрод
9. Комбинированный электрод - электрод, соединяющий в себе измерительный электрод и электрод сравнения
10. Буферные растворы = Калибровочные растворы - растворы с определенным значением pH (1,98, 4,01, 7,01 и т.д.)
11. Растворы для хранения электрода - раствор с определенным составом, в котором хранят электроды
12. Электролит - раствор для заполнения электрода (или гелевая структура, которая не требует перезаполнения)
13. Очищающий раствор - специальный раствор для очистки электродов от трудноудаляемых компонентов (жиры, белки и т.д.)
Остались вопросы? Не можете подобрать нужный pH-метр? Нужна подробная профессиональная консультация по подбору лабораторного оборудования под конкретные задачи? Обратитесь за бесплатной консультацией к специалистам компании "КОЛБА" 👉 контакты