หลักการและโครงสร้างของเครื่องวัดค่า pH

หลักการและโครงสร้างของเครื่องวัดค่า pH

1. เครื่องวัดค่า pH

เครื่องวัดค่า pH (ความเป็นกรด) เป็นเครื่องมือสำหรับวัดกิจกรรม H บวกในสารละลายด้วยวิธีโพเทนชิโอเมตริก ค่าที่วัดได้โดยเครื่องวัดค่า pH เป็นวิธีการที่ใช้ในการแสดงค่า pH ของสารละลาย ซึ่งแสดงโดยลอการิทึมเชิงลบของความเข้มข้นของ H บวกไอออนในสารละลาย นั่นคือ: pH= ー lg[H บวก ].

เครื่องวัดค่า pH ที่เราใช้ประกอบด้วยสองส่วน: เครื่องวัดไฟฟ้าและอิเล็กโทรด ในการวัดจริง อิเล็กโทรดจะแช่อยู่ในสารละลายที่จะวัด และความเข้มข้นของ H บวกไอออนในสารละลายจะถูกแปลงเป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้าระดับมิลลิโวลต์ ซึ่งป้อนเข้ามิเตอร์ไฟฟ้า มิเตอร์ไฟฟ้าจะขยายสัญญาณและแปลงเป็นค่า pH ผ่านลอการิทึม จากนั้นค่า pH จะแสดงด้วยเครื่องมือแสดงระดับมิลลิโวลต์

เครื่องวัดค่า pH ใช้อิเล็กโทรดแก้วเป็นอิเล็กโทรดวัดและอิเล็กโทรดคาโลเมลเป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง การเปลี่ยนแปลงของศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดแก้วที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของศักย์ไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดกับคาโลเมล ซึ่งควรเป็นไปตามสูตร (2-6)

อี=อี0-2.3026RT/F………(2-6)

ในสูตร:

E-แรงเคลื่อนไฟฟ้า, mV;

E0-แรงเคลื่อนไฟฟ้ามาตรฐานของอิเล็กโทรด, mV;

R คือค่าคงที่ของก๊าซโมลาร์

T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ในหน่วยเคลวิน

F คือค่าคงที่ฟาราเดย์

ดังจะเห็นได้จากสูตร (2-6) ว่าอุณหภูมิเป็นปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลเช่นกันเมื่อวัดค่า pH เราควรใส่ใจกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและนำมาพิจารณาเมื่อทำการวัด ในปัจจุบัน อิเล็กโทรดวัดค่า pH ที่ใช้บ่อยที่สุดคืออิเล็กโทรดแบบคอมโพสิต ซึ่งมีอิเล็กโทรดแก้วและคาโลเมลอิเล็กโทรดรวมกัน

2. อิเล็กโทรด pH

อิเล็กโทรดเป็นส่วนสำคัญของเครื่องวัดค่า pH การวัดค่า pH ทำได้โดยใช้แบตเตอรี่เคมีที่ประกอบด้วยอิเล็กโทรดสำหรับวัดและอิเล็กโทรดอ้างอิง

(1) อิเล็กโทรดวัดค่า pH เรียกอีกอย่างว่าอิเล็กโทรดบ่งชี้ค่า pH ซึ่งตอบสนองต่อการทำงานของไฮโดรเจนไอออนในสารละลาย และศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดจะเปลี่ยนตามไปด้วย เครื่องวัดค่า pH สมัยใหม่เกือบทั้งหมดใช้อิเล็กโทรดแก้วเป็นอิเล็กโทรดวัด

(2) อิเล็กโทรดอ้างอิง (อิเล็กโทรดเฉื่อย) ไม่ตอบสนองต่อการทำงานของไฮโดรเจนไอออนในสารละลาย ในการวัดค่า pH จะทำหน้าที่เป็นเซลล์ครึ่งเซลล์ที่มีศักย์ไฟฟ้าคงที่และสร้างแบตเตอรี่เคมีที่มีอิเล็กโทรดวัดค่า pH เพื่อให้และรักษาค่าศักย์อ้างอิงคงที่

(3) อิเล็กโทรดคอมโพสิตคืออิเล็กโทรดที่รวมอิเล็กโทรดวัดค่า pH และอิเล็กโทรดอ้างอิง อิเล็กโทรดคอมโพสิตไม่ได้รับผลกระทบจากสารออกซิไดซ์และรีดิวซ์ มีความเร็วสมดุลที่เร็วกว่า และใช้กันอย่างแพร่หลาย ปัจจุบัน อิเล็กโทรดเหล่านี้ใช้ในการวัดค่า pH โดยพื้นฐานแล้ว ไม่ว่าจะเป็นอิเล็กโทรดกระจกหรืออิเล็กโทรดคอมโพสิตแก้ว ล้วนเป็นอิเล็กโทรดฟิล์มบาง ศักยภาพของเมมเบรนมีความสัมพันธ์แบบ Nernst กับกิจกรรมของไฮโดรเจนไอออนในสารละลายที่วัดได้ ซึ่งสะท้อนถึงคุณสมบัติเฉพาะของอิเล็กโทรดแบบฟิล์มบาง คุณสมบัติเหล่านี้ได้รับผลกระทบจากอิเล็กโทรดเองและเงื่อนไขการใช้งาน และมีผลต่อการวัดผล