หลักการและโครงสร้างของเครื่องวัดค่า pH

หลักการและโครงสร้างของเครื่องวัดค่า pH

1.เครื่องวัดค่า pH
เครื่องวัดค่า pH (ความเป็นกรด) เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดกิจกรรมของ H+ ในสารละลายโดยใช้วิธีโพเทนชิโอเมตริก ค่าที่วัดด้วยเครื่องวัด pH เป็นวิธีที่ใช้ในการแสดงค่า pH ของสารละลาย แสดงเป็นลอการิทึมลบของความเข้มข้นของไอออน H+ ในสารละลาย ซึ่งก็คือ: pH=ーlg[H+]

เครื่องวัดค่า pH ที่เราใช้ประกอบด้วยสองส่วน: มิเตอร์ไฟฟ้าและอิเล็กโทรด ในการวัดจริง อิเล็กโทรดจะถูกจุ่มลงในสารละลายที่จะวัด และความเข้มข้นของไอออน H+ ในสารละลายจะถูกแปลงเป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้าระดับมิลลิโวลต์ ซึ่งจะถูกป้อนเข้าไปในมิเตอร์ไฟฟ้า มิเตอร์ไฟฟ้าจะขยายสัญญาณและแปลงสัญญาณให้เป็น pH ในทางลอการิทึม จากนั้นมิเตอร์แสดงผลระดับมิลลิโวลต์จะแสดงค่า pH

เครื่องวัดค่า pH ใช้อิเล็กโทรดแก้วเป็นอิเล็กโทรดการวัด และใช้อิเล็กโทรดคาโลเมลเป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง การเปลี่ยนแปลงในศักย์ของอิเล็กโทรดแก้วที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดกับอิเล็กโทรดคาโลเมล ซึ่งควรเป็นไปตามสูตร (2-6)

อี=อี0-2.3026RT/F…………(2-6)

ในสูตร:

E - แรงเคลื่อนไฟฟ้า, mV;

E0 - แรงเคลื่อนไฟฟ้ามาตรฐานของอิเล็กโทรด, mV;

R คือค่าคงที่ของก๊าซต่อโมล

T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ในหน่วยเคลวิน

F - ค่าคงที่ของฟาราเดย์

จะเห็นได้จากสมการ (2-6) ว่าอุณหภูมิยังเป็นปัจจัยสำคัญในการวัดค่า pH อีกด้วย เมื่อทำการวัดควรคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและนำมาพิจารณาด้วย ปัจจุบันอิเล็กโทรดที่ใช้กันทั่วไปสำหรับ pH เป็นอิเล็กโทรดคอมโพสิตซึ่งรวมอิเล็กโทรดแก้วและอิเล็กโทรดคาโลเมล

2.อิเล็กโทรด pH
อิเล็กโทรดเป็นส่วนสำคัญของเครื่องวัดค่า pH การวัดค่า pH เสร็จสิ้นโดยการสร้างแบตเตอรี่เคมีด้วยอิเล็กโทรดการวัดและอิเล็กโทรดอ้างอิง

(1) อิเล็กโทรดวัดค่า pH หรือที่เรียกว่าอิเล็กโทรดระบุ pH จะตอบสนองต่อกิจกรรมของไอออนไฮโดรเจนในสารละลาย และศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดจะเปลี่ยนแปลงตามนั้น เครื่องวัดค่า pH ที่ทันสมัยเกือบทั้งหมดใช้อิเล็กโทรดแก้วเป็นอิเล็กโทรดในการวัด

(2) อิเล็กโทรดอ้างอิง (อิเล็กโทรดเฉื่อย) ไม่ตอบสนองต่อการทำงานของไฮโดรเจนไอออนในสารละลาย ในการวัดค่า pH จะทำหน้าที่เป็นครึ่งเซลล์ที่มีศักยภาพคงที่และสร้างแบตเตอรี่เคมีด้วยอิเล็กโทรดวัดค่า pH เพื่อให้และรักษาศักยภาพอ้างอิงคงที่

(3) อิเล็กโทรดคอมโพสิตคืออิเล็กโทรดที่รวมอิเล็กโทรดวัดค่า pH และอิเล็กโทรดอ้างอิง อิเล็กโทรดคอมโพสิตไม่ได้รับผลกระทบจากสารออกซิไดซ์และรีดิวซ์ มีความเร็วสมดุลที่รวดเร็ว และมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย ในปัจจุบัน อิเล็กโทรดเหล่านี้ใช้สำหรับการวัดค่า pH โดยพื้นฐานแล้ว ไม่ว่าอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้แก้วหรืออิเล็กโทรดคอมโพสิตแก้วจะเป็นอิเล็กโทรดแบบฟิล์มบาง ศักย์ของเมมเบรนมีความสัมพันธ์แบบ Nernst กับกิจกรรมไฮโดรเจนไอออนในสารละลายที่กำลังวัด ซึ่งสะท้อนถึงคุณสมบัติเฉพาะของอิเล็กโทรดแบบฟิล์มบาง คุณสมบัติเหล่านี้ได้รับผลกระทบจากตัวอิเล็กโทรดและสภาวะการใช้งาน และมีผลกระทบต่อผลการวัดด้วย