Indikator vodika (pH faktor) je mjera aktivnosti vodikovih iona u otopini, kvantificirajući njezinu kiselost. Kada pH nije na optimalnoj razini, biljke počinju gubiti sposobnost apsorbiranja nekih elemenata potrebnih za zdrav rast. Za sve biljke postoji određena pH razina koja vam omogućuje postizanje maksimalni rezultati kada raste. Većina biljaka preferira blago kiseli medij (između 5,5-6,5).
Pokazatelj vodika u formulama
U vrlo razrijeđenim otopinama pH je ekvivalentan koncentraciji vodikovih iona. Jednako po modulu i suprotno u znaku decimalnog logaritma aktivnosti vodikovih iona, izraženo u molovima po litri:
pH = -lg
U standardnim uvjetima pH vrijednost je između 0 i 14. In čista voda, pri neutralnom pH, koncentracija H + jednaka je koncentraciji OH - i iznosi 1·10 -7 mola po litri. Maksimum moguće značenje pH je definiran kao zbroj pH i pOH i jednak je 14.
Suprotno uvriježenom mišljenju, pH može varirati ne samo u rasponu od 0 do 14, već može ići i izvan ovih granica. Na primjer, pri koncentraciji vodikovih iona = 10 −15 mol/l, pH = 15, pri koncentraciji hidroksidnih iona od 10 mol/l pOH = −1.
Važno je razumjeti! pH skala je logaritamska, što znači da je svaka jedinica promjene jednaka deseterostrukoj promjeni koncentracije vodikovih iona. Drugim riječima, otopina pH 6 je deset puta kiselija od otopine pH 7, a otopina pH 5 bit će deset puta kiselija od otopine pH 6 i sto puta kiselija od otopine pH 7. To znači da kada podešavate pH svoje hranjive otopine i trebate promijeniti pH za dvije točke (npr. sa 7,5 na 5,5), morate koristiti deset puta više pH regulatora nego ako promijenite pH samo za jednu točku (sa 7,5 na 6.5). ).
Metode za određivanje pH vrijednosti
Za određivanje pH vrijednosti otopina naširoko se koristi nekoliko metoda. pH vrijednost se može aproksimirati pomoću indikatora, točno izmjeriti pH metrom ili analitički odrediti provođenjem acidobazne titracije.
Indikatori kiselinske baze
Za grubu procjenu koncentracije vodikovih iona naširoko se koriste kiselinsko-bazni indikatori - organske tvari za bojenje, čija boja ovisi o pH medija. Najpoznatiji indikatori uključuju lakmus, fenolftalein, metilnaranča (metilnaranča) i druge. Indikatori mogu postojati u dva različito obojena oblika, kiseli ili bazični. Promjena boje svakog indikatora događa se u njegovom rasponu kiselosti, obično 1-2 jedinice.
Univerzalni indikator
Za proširenje radnog raspona mjerenja pH koristi se takozvani univerzalni indikator, koji je mješavina više indikatora. Univerzalni indikator dosljedno mijenja boju od crvene preko žute, zelene, plave do ljubičaste kada prelazi iz kiselog područja u bazično.
Otopine takvih smjesa - "univerzalni indikatori" obično su impregnirane trakama "indikatorskog papira", s kojima možete brzo (s točnošću pH jedinica, ili čak desetina pH) odrediti kiselost vodenih otopina koje se proučavaju. Za točnije određivanje, boja indikatorskog papira dobivena nanošenjem kapi otopine odmah se uspoređuje s referentnom ljestvicom boja, čiji je oblik prikazan na slikama.
Određivanje pH indikatorskom metodom teško je za zamućene ili obojene otopine.
S obzirom na činjenicu da optimalne pH vrijednosti za hranjive otopine u hidroponici imaju vrlo uzak raspon (obično od 5,5 do 6,5), koriste se i druge kombinacije indikatora. Tako, primjerice, naš ima radni raspon i ljestvicu od 4,0 do 8,0, što takav test čini točnijim od univerzalnog indikatorskog papira.
pH metar
Korištenje posebnog uređaja - pH metra - omogućuje vam mjerenje pH u širem rasponu i točnije (do 0,01 pH jedinica) nego s univerzalnim indikatorima. Metoda je prikladna i visoka preciznost, osobito nakon kalibracije indikatorske elektrode u odabranom pH području. Omogućuje mjerenje pH neprozirnih i obojenih otopina i stoga se široko koristi.
Analitička volumetrijska metoda
Analitička volumetrijska metoda - acidobazna titracija - također daje točne rezultate za određivanje kiselosti otopina. Otopina poznate koncentracije (titrant) dodaje se kap po kap ispitivanoj otopini. Kad se pomiješaju, kemijska reakcija. Točka ekvivalencije - trenutak kada je titrant točno dovoljan za potpuno dovršenje reakcije - fiksira se pomoću indikatora. Nadalje, znajući koncentraciju i volumen dodane otopine titranta, izračunava se kiselost otopine.
Utjecaj temperature na pH vrijednosti
pH vrijednost može se mijenjati u širokom rasponu kako se temperatura mijenja. Dakle, 0,001 molarna otopina NaOH na 20°C ima pH=11,73, a na 30°C pH=10,83. Utjecaj temperature na pH vrijednosti objašnjava se različitom disocijacijom vodikovih iona (H+) i nije eksperimentalna pogreška. Učinak temperature ne može se kompenzirati elektronikom pH metra.
Podešavanje pH vrijednosti hranjive otopine
Zakiseljavanje hranjive otopine
Hranjivu otopinu obično je potrebno zakiseliti. Apsorpcija iona od strane biljaka uzrokuje postupnu alkalizaciju otopine. Bilo koja otopina koja ima pH 7 ili više najčešće će se morati podesiti na optimalni pH. Za zakiseljavanje hranjive otopine mogu se koristiti razne kiseline. Najčešće se koristi sumporna ili fosforna kiselina. Bolje rješenje za hidroponske otopine su puferski aditivi kao što su i. Ovi proizvodi ne samo da dovode pH vrijednosti do optimalne, već i stabiliziraju vrijednosti na duže vrijeme.
Prilikom prilagođavanja pH i kiselinama i lužinama potrebno je nositi gumene rukavice kako biste izbjegli opekline na koži. Iskusni kemičar vješto barata koncentriranom sumpornom kiselinom, kap po kap dodaje kiselinu u vodu. Ali kao hidroponist početnik, vjerojatno je najbolje zamoliti iskusnog kemičara da pripremi 25% otopinu sumporne kiseline. Dok se dodaje kiselina, otopina se miješa i određuje joj pH. Naučivši približna količina sumporna kiselina, u budućnosti se može dodavati iz gradiranog cilindra.
Sumporna kiselina se mora dodavati u malim obrocima kako se otopina ne bi previše zakiselila, a zatim se ponovno alkalizira. Za neiskusnog radnika zakiseljavanje i alkalizacija mogu trajati u nedogled. Osim gubljenja vremena i reagensa, ovakva regulacija dovodi u neravnotežu hranjivu otopinu zbog nakupljanja iona koji biljkama nisu potrebni.
Alkalinizacija hranjive otopine
Previše kisele otopine alkaliziraju se natrijevim hidroksidom (natrijevim hidroksidom). Kao što mu ime govori, zajedljivo je pa treba nositi gumene rukavice. Preporuča se kupnja kaustičnog natrija u obliku tableta. U trgovinama kemikalije za kućanstvo kaustični natrij se može kupiti kao sredstvo za čišćenje cijevi, kao što je Mole. Otopite jednu tabletu u 0,5 litara vode i postupno ulijte lužnatu otopinu u hranjivu otopinu uz stalno miješanje, često provjeravajući njen pH. Nikakvi matematički izračuni ne mogu izračunati koliko kiseline ili lužine treba dodati u ovom ili onom slučaju.
Ako želite uzgajati nekoliko usjeva u jednoj posudi, trebate ih odabrati tako da se ne samo njihov optimalni pH, već i potrebe za drugim čimbenicima rasta podudaraju. Na primjer, žuti narcisi i krizanteme trebaju pH 6,8, ali drugačiji režim vlažnosti pa se ne mogu uzgajati na istoj paleti. Ako narcisima date vlažnost koliko i krizantemama, lukovice narcisa će istrunuti. U pokusima, rabarbara je dosegla svoj maksimalni razvoj pri pH 6,5, ali je mogla rasti čak i pri pH 3,5. Zob, koja preferira pH oko 6, daje dobre prinose čak i pri pH 4 ako se količina dušika u hranjivoj otopini jako poveća. Krumpir raste u prilično širokom rasponu pH vrijednosti, ali najbolje raste pri pH od 5,5. Ispod ovog pH također dobiti visoki prinosi gomolji, ali stječu kiseli okus. Primiti maksimalni prinosi Visoka kvaliteta, trebate točno prilagoditi pH hranjivih otopina.
Prije prve uporabe elektrode moraju se kalibrirati. Za to su dostupne posebne otopine za kalibraciju koje su puferirane na određene pH vrijednosti. Puferiranje djeluje na način da ulazak male količine vode kada je elektroda uronjena ne ometa kalibraciju. Smisao kalibracije je podešavanje pogreške elektrode povezane s proizvodnjom i korištenjem na određene vrijednosti. U tom slučaju treba uzeti u obzir dvije pogreške: odstupanje nulte točke i "strminu" pogreške.
Obje pogreške dovode do ukupne pogreške mjerenja. Stoga se mora provesti kalibracija u dvije točke kako bi se obje pogreške mjerenja mogle ispraviti.
Pogreška nulte točke. Gornja slika prikazuje mjernu krivulju i referentnu krivulju. U ovom primjeru mjerna krivulja očito odstupa od referentne krivulje pri pH 7, tj. u neutralnoj točki fiksiramo očitu pogrešku nulte točke, koja se mora eliminirati. Elektrode se prvo uvode u otopinu za kalibraciju pH 7. Važno je da barem staklena membrana i dijafragma budu uronjeni u otopinu. U našem primjeru izmjerena vrijednost leži iznad tražene, dakle, odstupa od nominalne vrijednosti. Na potenciometru promjenjivog otpora izmjerena vrijednost se podešava na ispravnu vrijednost. Cijela mjerna krivulja se paralelno pomiče za grešku nulte točke tako da točno prolazi kroz neutralnu točku. Tako, mjerni uređaj postavljen na nulu i spreman za upotrebu.
Za kalibraciju pH elektroda najprije se mora postaviti nulta točka.
Greška nagiba. Nakon kalibracije nulte točke, dobivamo situaciju prikazanu na susjednoj slici. Nula je točno određena, ali izmjerena vrijednost i dalje ima značajnu pogrešku jer točka nagiba još nije određena. Sada se odabire kalibracijska otopina čija je pH vrijednost različita od 7. Većina puferskih otopina koristi se u pH rasponu od 4 do 9. Elektroda se uroni u drugu pufersku otopinu i pomoću potenciometra se odstupanje nagiba od nominalnog (standardna) vrijednost je pronađena. I tek sada se mjerna krivulja poklapa s traženom krivuljom; instrument je kalibriran.
Ako je postavljena nulta točka, mora se postaviti druga relativna vrijednost, nagib.
Utjecaj temperature. Na promjene pH vrijednosti utječe temperatura vode. Međutim, nije jasno je li temperaturna kompenzacija potrebna u našim mjernim instrumentima. Susjedna tablica prikazuje pH vrijednosti kao funkciju temperature, s instrumentom kalibriranim na 20 °C. Treba napomenuti da je za temperature i pH vrijednosti koje nas zanimaju pogreška mjerenja zbog odstupanja temperature ograničena na drugu decimalu. Stoga takva pogreška mjerenja za akvariste nema praktičnu važnost i nije potrebna temperaturna kompenzacija. Uz odstupanja isključivo mjerne prirode na temelju različitih napona na elektrodama, treba imati na umu temperaturna odstupanja baždarenih otopina koja su data u susjednoj tablici.
Ovdje vidimo da su ta odstupanja relativno mala i ne prelaze ±2%.
Odstupanje izmjerenih pH vrijednosti u funkciji temperature
| pH vrijednost | ||||||
| 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| 0 °C | 3,78 | 4,85 | 5,93 | 7,00 | 8,07 | 9,15 |
| 5°C | 3,84 | 4,89 | 5,95 | 7,00 | 8,05 | 9,11 |
| 10°C | 3,89 | 4,93 | 5,96 | 7,00 | 8,04 | 9,07 |
| 15°C | 3,95 | 4,97 | 5,98 | 7,00 | 8,02 | 9,03 |
| 20°C | 4,00 | 5,00 | 6,00 | 7,00 | 8,00 | 9,00 |
| 25°C | 4,05 | 5,03 | 6,02 | 7,00 | 7,98 | 8,97 |
| 30°C | 4,10 | 5,07 | 6,03 | 7,00 | 7,97 | 8,93 |
| 35°C | 4,15 | 5,10 | 6,05 | 7,00 | 7,95 | 8,90 |
Temperaturna ovisnost o puferskim otopinama
| Temperatura °C | pH vrijednost | Odstupanje % | pH vrijednost | Odstupanje % | pH vrijednost | Odstupanje % |
| 5 | 4,01 | 0,25 | 7,07 | 1,00 | 9,39 | 1,84 |
| 10 | 4,00 | 0,00 | 7,05 | 0,71 | 9,33 | 1,19 |
| 15 | 4,00 | 0,00 | 7,03 | 0,43 | 9,27 | 0,54 |
| 20 | 4,00 | 0,00 | 7,00 | 0,00 | 9,22 | 0,00 |
| 25 | 4,01 | 0,25 | 7,00 | 0,00 | 9,18 | -0,43 |
| 30 | 4,01 | 0,25 | 6,97 | -0,43 | 9,14 | -0,87 |
| 35 | 4,02 | 0,50 | 6,96 | -0,57 | 9,10 | -1,30 |
Kontrola. Kao kontrola, preporuča se ponovno uroniti elektrode u pufersku otopinu na pH 7 i provjeriti konvergiraju li vrijednosti. Ako je pH vrijednost elektrode u skladu s mjernim uređajem, može se koristiti za mjerenje uzoraka vode. Ako postoje osobne tvrdnje o točnosti, kalibracija se mora ponoviti rokovi. Kao preporuka može se predložiti jedan do dva tjedna. Prilikom kalibriranja pH elektroda također treba obratiti pozornost na to koliko brzo se pH vrijednost na instrumentu približava pH vrijednosti puferske otopine.
Članci ove sekcije mogu se preuzeti u Word formatu (tekst i slike) i u Excel formatu (tekst, slike, radni fragmenti proračuna)
Međutim, ako još uvijek ne volite koristiti slike o kojima smo govorili u prethodnoj lekciji, tada možete ponuditi kratke programe koji rade u rasponu od NaCl=0--500 µg/kg i t=10--50 °C s ekstrapolacijom pogreška do 2 µg/kg u smislu natrija, što je puno manje od pogreške samog mjerenja. Ove programe ćete pronaći u datoteci Fragment.xls, imaju sljedeći tablični oblik:
NaCl u kontaktu sa zrakom:
Ako sadržaj u prostoriji zrak ugljični dioksid više nego što je prihvaćeno u izračunu, tada će koncentracija NaCl izračunata iz ovih fragmenata biti precijenjena.
Sada o kvaliteti naših podataka. Uvijek čuvajte izvorne podatke. Ako ste zabilježili očitanja uređaja - električnu vodljivost ili pH - zapišite temperaturu izmjerene otopine. Za pH navedite je li temperaturni kompenzator bio uključen tijekom mjerenja i općenito pogledajte upute za uređaj, što radi kada temperatura uzorka odstupi od standardne temperature. Kada određujete pH, vodljivost ili hidratiziranu lužnatost uzorka, osobito u uzorku s visokim početnim sadržajem ugljičnog dioksida, imajte na umu da vaš uzorak više nije isti kao što je bio u vrijeme kada je uzet. Nepoznata količina ugljičnog dioksida već je prešla iz uzorka u zrak ili obrnuto.
Nekako su zvali iz Vinnice i pitali kako prilagoditi pH prema temperaturi. Samo se to može i ne smije raditi na objektu. U svakom slučaju, zabilježite početni pH i temperaturu uzorka i osigurajte zaseban stupac za ispravljenu pH vrijednost.
Sada o tome kako prilagoditi pH. Bojim se da u opći pogled ni stotinu mudraca neće odgovoriti na ovo "jednostavno" pitanje. Ovako, na primjer, izgleda ovisnost pH vrijednosti o temperaturi za apsolutno čistu vodu.
Isto, ali u kontaktu sa zrakom:
Ali pH korekcija za temperaturu za ova dva grafikona pokazala se istom:
Prijelaz s izmjerenog pHt na pH na t=25 °C za ove grafikone može se izvesti pomoću formule:
Rigorozniji pristup bio bi uzeti ne 1 i 3 mg/l slobodnog ugljičnog dioksida, već 1 i 3 mg/l ukupnog (nedisociranog i disociranog) ugljičnog dioksida. Ovaj ćete ulomak, ako želite, pronaći na Listu 4, ali rezultati za ovaj fragment neće se značajno razlikovati od onih navedenih na ovom Listu.
Imajte na umu da su fragmenti za ugljični dioksid dani u odnosu na vode u kojima, osim ugljičnog dioksida, nema lužina ili kiselina, a posebno nema amonijaka. To se događa samo u nekim termoelektranama sa srednjetlačnim kotlovima.
pH elektrode nisu idealni sustavi. Možda imaju različita dužina, nesavršen geometrijski oblik, poremećaji u sastavu unutarnjeg elektrolita itd. Sve to utječe na njihove karakteristike, a ujedno je i sasvim normalno, jer u svakoj proizvodnji postoje određene tolerancije. Stoga svaki pH metar treba kalibraciju koja pomaže mjeraču da uspostavi odnos između signala s elektrode i pH vrijednosti otopine.
Kalibracija je vrlo važan trenutak! Treba biti svjestan nemogućnosti mjerenja pH s većom točnošću od standarda koji se koriste. Na primjer, ako želite raditi s točnošću od 0,01pN, tada morate izvršiti slijedećim uvjetima: ukupna pogreška pH metra i elektrode ne smije biti veća od 0,005 pH, a kalibraciju treba provoditi s posebnom pažnjom na posebne visokoprecizne puferske otopine. Takva rješenja ne možete kupiti, jer nisu pohranjena. Morat će se pripremiti samostalno, koristeći posebno pripremljene reagense i vodu.
Ako ne možete pripremiti pufer s točnošću od +/- 0,005 pH, morat ćete se zadovoljiti markiranim puferskim otopinama, čija je točnost osigurana na razini +/- 0,02 pH. Kada se kalibrira prema takvim standardima, ukupna pogreška neće prelaziti 0,04 - 0,03 pH, pod uvjetom da je pogreška instrumenta na razini od 0,01 pH. Ovo je najčešća praksa i nećete pronaći niti jednu metodu ili GOST koji zahtijeva održavanje pH s točnošću boljom od 0,05 pH. Jedina iznimka su neke farmaceutske i specijalizirane industrije.
Moderne pH elektrode obično se kombiniraju, t.j. pH elektroda i referentna elektroda nalaze se u istom kućištu. Uz jednostavnost korištenja, to omogućuje brži odgovor i manju ukupnu pogrešku.
Izoelektrična točka za takve elektrode je na pH=7 (0 mV). Stoga instrument prvo treba kalibrirati s neutralnim pH puferom (npr. 6,86 ili 7,01). Drugu točku treba odabrati na udaljenosti od približno 3 pH jedinice, t.j. pH = 4 ili 10. Ako je instrument kalibriran sa samo dva pufera, tada izbor druge točke ovisi o rasponu u kojem uglavnom radite. Ako su to alkalne otopine, onda upotrijebite pufer s pH = 10, ako su kisele - s pH = 4. To je zbog neke razlike u nagibima kalibracijskih ravnih linija u kiselim i alkalnim područjima. Neće biti problema ako se vaš instrument može kalibrirati s tri ili više točaka. U ovom slučaju redoslijed kalibracije nije važan, jer ga pH metar prati sam.
Na jeftinim modelima pH metara (HI8314, Piccolo, Checker), dva su vijka predviđena za kalibraciju: jedan za postavljanje izoelektrične (referentne) točke (pH7), drugi za podešavanje nagiba (pH4 / 10). Vrlo često, kada se koriste, oni su zbunjeni, a nastaje situacija kada međusobni položaj vijaka ne dopušta kalibraciju. U tom slučaju, prije kalibracije, oba vijka treba postaviti u srednji položaj (1/2 okreta za Piccolo i 15-16 okreta za ostale modele iz krajnjeg položaja).
Najviše savršeni modeli pH metri imaju tzv. podrška za GLP, koja, osim datuma posljednje kalibracije, omogućuje procjenu stanja elektrode na temelju omjera nagiba kalibracijske krivulje i teorijske vrijednosti (59,16 pri 25C) u%. Ako uređaj ne podržava GLP, ali ima način mjerenja mV, tada se nagib može izračunati neovisno mjerenjem mV vrijednosti u puferu pH=7 i pH=4.
Na primjer:
pH7 = -10 mV
pH4 = +150 mV
nagib = 150 - (-10) / 59,2x3 = 90,1%
95 - 102% - elektroda je u radnom stanju,
92 - 95% - elektrodu je potrebno očistiti,
manje od 92% - potrebno je promijeniti elektrolit ili zamijeniti elektrodu.
Problem kompenzacije temperature, automatska kompenzacija temperature
Problem kompenzacije temperaturnih promjena jedan je od najvažnijih i najtežih rješivih u pH-metriji. Pogreška mjerenja javlja se iz tri razloga: Nernstova jednadžba uključuje temperaturu; Ravnotežne koncentracije vodikovih iona u puferu i uzorcima variraju s temperaturom; Karakteristike pH elektrode ovise o temperaturi. 1. Prema Nernstovoj jednadžbi, teoretski nagib kalibracijske krivulje mijenja se s temperaturom. Ako uređaj ne uzme u obzir ovu promjenu, tada se pogrešci mjerenja dodaje greška u prosjeku jednaka 0,003 rN za svaki stupanj Celzijusa i svaku pH jedinicu iz izopotencijalne točke.Na primjer: instrument je kalibriran s pH=7 puferom na 25C.
Uzorak s pH=5 na 20C, pogreška = 0,003 x 5 x 2 = 0,03
Uzorak s pH=2,5 na 2C, pogreška = 0,003 x 23 x 4,5 = 0,31
Uzorak s pH=12 na 80C, pogreška = 0,003 x 55 x 5 = 0,82
|
temperatura |
pH vrijednost |
||||
Što trebate znati o temperaturnoj kompenzaciji
1. Automatska temperaturna kompenzacija u pH-metriji znači samo uzimanje u obzir temperature uključene u Nernstovu jednadžbu.
2. Ako želiš znati točna vrijednost pH uzorka je na 25C, jedino pravo rješenje je izmjeriti ga na 25C.
Svojedobno je moj prvi morski akvarij bio remek djelo. Bio je to stakleni akvarij od 20 galona, zalijepljen silikonsko ljepilo. Sustav filtracije sastojao se od pneumatskih pješčanih filtera. Moj zadatak je bio uzdržavati dvojicu njegovih stanovnika (Bew Gregory the Damselfish - Stegastes leucostictus- i morske anemone Kondilaktis) što sretniji (što je, s obzirom na moj nedostatak iskustva i ograničena sredstva, značilo da ih zadržim na životu). Težak zadatak za 9-godišnjaka, to je bila 1964. godina. Moja mentorica, gospođa Perry iz Cobb Pets-a, savjetovala mi je da provjerim specifična gravitacija vode i pH. Specifična težina je bila prilično jednostavna (jednostavno stavite hidrometar u akvarij i označite na određenoj razini prilikom dodavanja svježa voda), ali s pH je sve bilo nešto kompliciranije. Ovaj parametar je testiran dodavanjem obojene tekućine u bocu s uzorkom. akvarijska voda. Kao magijom, boja uzorka vode je promijenjena, a zatim uspoređena pomoću usporedne tablice koja se sastoji od niza obojenih kvadrata. Prema rezultatima mog prvog testiranja, trebao sam dodati soda bikarbona za podizanje pH razine. Uredno sam to učinio - bez promjene. Nastavila sam proces sve dok nisam dodala cijelo pakiranje sode bikarbone.
Nikada neću saznati što je uzrokovalo smrt moje ribe i anemone, ali incident se dogodio odmah nakon opisane epizode. Osim što je sve završilo jako tužno po moje ljubimce, situacija je za mene postala poražavajuća. Sav moj rad, za koji sam dobivao dolar tjedno, bio je u vodu. Da stvar bude gora, ja sam bio odgovoran za smrt stanovnika. Zakopao sam ih na paprati prekrivenoj obali potoka koji je tekao u našem dvorištu. Sada mislim da je tekućem reagensu istekao rok trajanja, stoga su rezultati bili netočni. Bila je to vrlo poučna lekcija.
Situacija se nije puno promijenila tijekom godina. Nedostatak znanja o značaju ovog ključnog parametra i kako provjeriti pokazatelje, nedostatak ispravnog tumačenja i potrebne mjere može i dovest će do katastrofalnih posljedica. Ono što se značajno promijenilo je dostupnost na tržištu i pristupačnost metoda i instrumenata za mjerenje pH vrijednosti. U ovom članku ćemo pogledati neke od njih, uspoređujući njihove prednosti i nedostatke.
određivanje pH
pH je procjena kisele ili alkalne prirode tvari, izražena na skali od 0 do 14, pri čemu je 0 vrlo kiselo, a 14 vrlo lužnato. Neutralno okruženje (nije kiselo, a ne alkalno) - indikator 7 na ovoj ljestvici. Ioni vodika prevladavaju kod kiselih pH vrijednosti, dok hidroksidni ioni prevladavaju u alkalnim uvjetima.Slika 1. pH ljestvica je logaritamska i predstavlja stupanj aktivnosti vodikovih iona.
Ovisno o izvoru, pH znači "potencijal vodika" ili francuski izraz "pouvoir hydrogène" što znači "energija vodika".
Važnost mjerenja pH
pH je karakteristika tekućina (u našem slučaju) koja utječe na njihovu kemijski sastav, posebice, topljivost hranjivih tvari (dobro, ako nismo otišli predaleko). Nizak pH može potencijalno otrovne teške metale učiniti topivim. pH utječe na aktivnost enzima (imaju preferirani pH raspon). Visok pH može otopiti stanične lipidne membrane. Na vodeni organizmi postoji i preferirani pH raspon. Kratka recenzija pH vrijednosti u različitim sredinama (zanimljive za akvariste) prikazane su u tablici 1.| pH izvor | pH |
|---|---|
| Rijeka Rio Negro | 5.1 |
| Kišnica | 5.6 |
| rijeka Amazon (svjetla voda) | 6.9 |
| Čista (pitka) voda | 7 |
| Morska voda | 8.2 |
| jezero Tanganyika (površina) | 9 |
pH mjerenje
Postoji nekoliko načina za određivanje pH. Svaki od njih ima svoje prednosti i nedostatke. Počnimo s najjeftinijim.Lakmus papir
Lakmus je materijal dobiven od lišajeva (ime potječe od staronordijske riječi litmosi, što znači "boja" i "mahovina / lišaj"). Ovaj lakmusov derivat mijenja boju predvidljivo kada je izložen različitim pH razinama. Ova osjetljivost čini lakmus lakim i jeftinim načinom određivanja pH. Lakmus papir je papir u koji su dodane ove boje topive u vodi, a promjena boje uzrokovana uranjanjem lakmus papira u uzorak vode ukazuje na kiselu ili lužnatu sredinu. Radni raspon za pH mjerenja je približno 5 - 8. Ispitivanje promjene boje mora se provesti pod osvjetljenjem punog spektra.
Slika 2. Lakmus papir je jeftin, ali približan način mjerenja pH.
Prednosti: jeftin (oko 5 US). Brz, jednostavan za korištenje.
Nedostaci: Daje približne brojke. Na rezultat utječe boja uzorka vode, reduktori i oksidanti. Tumačenje rezultata zahtijeva oštru viziju. Rok trajanja reagensa je ograničen.
indikatorske boje
Vrlo je malo takvih pH indikatora. Možete ih kupiti u prahu ili tekućem obliku. Obično se koriste u analizama koje uključuju titraciju. Ispod su karakteristike nekih od njih:
Fenolftalein: indikator kiseline/lužine koji postaje bezbojan u kiseloj sredini i ružičasto-crven u alkalnoj sredini. Mjerni raspon ~8,3 do 10.
Metilnaranča (heliantin, kisela azo boja): Mijenja boju iz žute u crvenu pri pH vrijednosti od oko 3,7.
Meta-Cresol ljubičasta: narančasto-žuta na 7,4 i mijenja boju u ljubičastu na višoj visoke stope pH (do oko 8,8.)
Bromotimol plava: plava na 7,5, zelenkasta na ~6,2 - 6,8 i žuta na oko 6.
Svestrani indikator: Kombinira više pokazatelja kako bi omogućio procjenu širokog raspona pH.
Slika 3. Ovaj pH test od API-ja koristi meta-krezol ljubičastu kao indikator.
Poželjno je procijeniti promjenu boje u prirodnom svjetlu na bijeloj pozadini.
Prednosti: Relativno jeftino (~10 USD.) Neke se boje mogu koristiti za druge testove (npr. alkalnost) bez upotrebe pH elektrode kada se koristi reagens.
Protiv: isto kao lakmus papir. Pojedinačne boje imaju ograničen pH raspon. Na rezultate može utjecati zamućenost i/ili boja ispitne tekućine. Usporedbu treba provesti na bijeloj pozadini pod punom osvjetljenjem spektra. Reagensi imaju ograničen rok trajanja - mora biti oznaka o roku valjanosti.
pH elektrode
Znam da je akvaristima početnicima to teško zamisliti, ali prije 30 godina akvaristi izvan Europe jedva da su čuli za upotrebu pH elektroda. Situacija se promijenila 1980-ih kada Njemačka tvrtka(Dupla GmbH) počela je izvoziti naprednu opremu u Sjeverna Amerika. Danas se pH metri koriste posvuda. Dostupnost uređaja i konkurencija među proizvođačima pridonijeli su činjenici da je cijena postala prilično pristupačna.
pH elektroda je selektivni senzor vodikovih iona (H+). pH elektrode zapravo koriste dvije elektrode, sondu (indikatorsku elektrodu) i referentnu elektrodu. U pravilu se ove dvije elektrode nalaze u jednom kućištu ("tijelo") elektrode. Na kraju tijela elektrode, sonda ima tanak sloj stakla osjetljivog na vodik. Napon sonde varira ovisno o aktivnosti vodikovih iona (napon raste u kiseloj sredini, a opada u alkalnoj). Referentna elektroda daje konstantan napon, koji koristimo za određivanje razlike sa sondom. Ukupni mV odziv šalje se u mjerni instrument (metar) gdje se pretvara u pH vrijednost.
Struktura senzora i terminologija
Da bismo razumjeli kako funkcionira pH elektroda, potrebno je razumjeti neke od pojmova koji se koriste i za opisivanje njezina dizajna i drugih.
Kućište (tijelo elektrode): šuplja cijev koja sadrži radne dijelove pH elektrode. Tijelo može biti izrađeno od stakla ili kemijski otporne plastike poput poliesterimida.
Međuspremnik: U našem slučaju, standardno rješenje, koji pokazuje kiseli, neutralni ili alkalni pH, koristi se za kalibraciju pH metra. Radi lakše identifikacije, neke puferske otopine označene su bojama.
Kalibracija: Proces provjere ili podešavanja kalibracije analitičkog instrumenta.
Spoj (fuga, lem): Kombinacija dva dijela; u ovaj slučaj, ispitni materijal i kontrolna interna otopina. Veze se izrađuju od raznih materijala; Materijali moraju biti porozni kako bi kontrolna otopina mogla proći. Obično se koristi keramika, tkanina i slično. Postoje elektrode s jednom, dvije i prstenaste veze.
Frita: Djelomično rastaljeno staklo ili keramika, ponekad se koristi kao spoj.
ATC: automatska kompenzacija temperature. Budući da pH otopine ovisi o temperaturi, ATC ispravlja učinke temperature. ATC zahtijeva temperaturni senzor, koji se može ugraditi u elektrodu blizu staklene žarulje.
Referentna elektroda: Elektroda koja osigurava poznati, konstantni napon; obično izrađena od klor-srebrne žice i napunjena puferskim elektrolitom.
Sonda: Klor-srebrna žica u cijevi sa staklenom žaruljicom osjetljivom na pH na kraju.
Slika 4 Interni detalji pH elektroda.
Radi jasnoće, zaštitni poklopac (čep) koji okružuje krhku staklenu tikvicu nije prikazan.
Neke pH elektrode imaju priključak sa strane
Postoji nekoliko vrsta elektroda. Neke, obično starije, elektrode (koje se sada rijetko viđaju po mom iskustvu) sastoje se od dva odvojena kućišta. Trenutno je većina elektroda kombinirani senzori, gdje se anoda i katoda nalaze odvojeno u jednom kućištu. Oblik staklene žarulje često određuje što će elektroda mjeriti. Kuglaste tikvice, sa svojom velikom površinom, vrlo su prikladne za višenamjenska (univerzalna) mjerenja u vodenom okruženju. Konične tikvice mogu prodrijeti u polukrute materijale (kao što su meso i druga hrana) i tlo. Za mjerenje pH mogu se koristiti ravne staklene "tikvice". različiti tipovi koža, itd. Neke su elektrode za višekratnu upotrebu, dok druge nisu, punjene su kemijskim gelovima. Neke elektrode imaju uklonjive (zamjenjive) veze i sonde.
Kratak pregled pH mjerača
Naša se recenzija usredotočuje na pH metre proizvođača Hanna Instruments (Woonsocket, Rhode Island, SAD). Hanna je na tržištu od 1978. godine i danas nudi više od 3000 varijanti proizvoda svojim kupcima diljem svijeta. Neki od proizvoda tvrtke zanimljivi su akvaristima.Svi Hanna pH mjerači prikazani u ovom pregledu isporučuju se s puferom za kalibraciju, otopinom za čišćenje elektroda i kućištem. Započnimo našu recenziju sa:
pH provjeravač (HI98103)
Slika 5. Povoljan pH Checker iz Hanna Instruments.
HI98103 Checker® početni pH metar bit će vrijedan dodatak alatu mnogih akvarista. Uređaj nudi 0,1 pH jedinice. rezolucije po pristupačnoj cijeni. Pristupačna cijena To je zato što instrument nudi samo dvije točke kalibracije (pH 4,01 i 7,01 ili 7,01 i 10,01) bez automatske temperaturne kompenzacije (ATC) ili mogućnosti mjerenja temperature. Budući da se općenito preporučuje da točke kalibracije odražavaju očekivani pH, ovaj uređaj je prikladniji za slatkovodne sustave koji oponašaju kisela okruženja, kao što su amazonski biotopi (unatoč činjenici da je sigurno sposoban mjeriti pH vrijednosti koje su tipične za grebene i sustavi s afričkim ciklidima, iako s manjom preciznošću zbog samo dvije kalibracijske točke). Elektroda je zamjenjiva, a spoj je napravljen od papira.Raspon: 0 do 14 jedinica
Rezolucija: 0,1 jedinica
Točnost: ±0,2 jedinice
Točke kalibracije (gradacije): dvije; pH 4,01, 7,01 ili 10,01
Automatska kompenzacija temperature: Ne
Mjerenje/prikaz temperature: Nema
Zamjenjiva sonda: Da
Promjer elektrode: 8 mm (~5/16")
Veličina LCD-a: 3/8" (~10 mm)
Baterija: 1-CR2032; resurs približno 1000 h.
pHep pH i senzor temperature(HI98107)
Slika 6. pHep uređaj s kalibracijskim puferima u kućištu.
HI98107 pHep pH i temperaturni tester je modernija verzija pH Checker-a (opisan gore). Osim određivanja pH u rasponu gotovo svakog akvarija - od biotopa Amazone do grebena - uređaj također mjeri temperaturu s automatskom kompenzacijom temperature (ATC). Uređaj uključuje dva kalibracijska pufera (4.01 i 7.01) s dostupnim treći - (10.01, što se preporučuje za grebenske akvarije). Veza je napravljena od papira. Elektroda nije zamjenjiva.Raspon: 0 do 14 jedinica
Rezolucija: 0,1 jedinica
Točnost: ±0,1 jedinica
Točke kalibracije: tri; pH 4,01, 7,01 i 10,01 (prikazano 4,01 i 10,01)
Zamjenjivi senzor: Da
Veličina LCD-a: 0,3125" ili ~8 mm
Baterija: 1-CR2032; otprilike 800 sati.
pHep5 vodootporan senzor za pH i temperaturu (HI98128)
Slika 7. pHep nudi mnoge funkcije: mjerenje pH i temperature, ATC; I pluta na površini vode!
HI98128 pHep 5 pH metar Hannin je najnapredniji džepni pH metar. Uređaj nudi razlučivost od 0,01 jedinica. s točnošću od ±0,05 i automatskom temperaturnom kompenzacijom. Uređaj je vodootporan i pluta na površini vode. Uređaj nudi fleksibilan pristup važne dimenzije, jer može prepoznati 5 različitih kalibracijskih pufera.Raspon: -2 do 16 jedinica
Rezolucija: 0,01 jedinica
Točnost: ±0,05 u
Točke kalibracije: Dvije opcije: 4.01, 7.01, 10.01 ili 6.86, 9.18.
Automatska kompenzacija temperature: Da
Prikaz temperature: Da, može se postaviti °F ili °C, s točnošću od ±0,5°C.
Zamjenjiva sonda: Da
Veličina LCD-a: 0,3125" ili ~8 mm (veličina znakova)
Baterija: 4-1,5v baterije; otprilike 300 h.
HALO bežični pH metar (HI12302)
Slika 8. Vjerojatno najnaprednija pH elektroda na tržištu, HALO bežična elektroda.
HI12302 Halo Field pH metar je zanimljiv mjerač koji nudi puno mogućnosti. Prije svega, radi se o bežičnoj pH elektrodi kojom se može upravljati putem Bluetootha s Android ili iOS uređaja. Čak i nesigurni korisnici ne bi trebali brinuti. Prema mom iskustvu, postavljanje je nevjerojatno jednostavno. Otvorio sam web stranicu Hanna Instruments, pratio HALO link i preuzeo aplikaciju za svoj pametni telefon. Nakon što je aplikacija instalirana (besplatno preuzimanje, traje oko 2 minute), otvorio sam aplikaciju i softver je prepoznao moju HALO pH elektrodu. Dalje, jedino što je potrebno je odabrati odgovarajuće ikone za kalibraciju elektrode, prikaz grafičkih podataka, pregled podataka senzora i tako dalje. Iskreno vjerujem da ne može biti lakše. Softver mjeri pH i temperaturu svake sekunde. Zapisivanje podataka daje ID elektrode, datum kalibracije, točke kalibracije, kalibracijsku krivulju, datum i vrijeme mjerenja, pH, temperaturu, milivolte itd. (Vidi slike 9-11).Opcije sonde uključuju sferni (univerzalni i vodeni), konusni (za proizvode, polukrute tvari, tlo, itd.) i ravni vrh (za kožu, papir itd.) HALO plastično kućište izrađeno od polieterimida (PEI) odobreno za kontakt s prehrambeni proizvodi i imuni na sve što bi hladnjak mogao koristiti (osim ako niste potpuno "izvan kruga" i dozirate aromatične i/ili djelomično halogenirana otapala u svoj sustav).
Raspon: 0 do 14 jedinica
Razlučivost: korisnik konfigurira: 0,1, 0,01 ili 0,001 jedinica.
Točnost: ±0,005 jedinica
Točke kalibracije: sedam; pH 1,68, 4,01, 6,86, 7,01, 91,8, 10,01 i 12,45.
Automatska kompenzacija temperature: Da
Zamjenska sonda: nema
Promjer elektrode: 12 mm (~1/2")
Zapisivanje podataka: Da
Baterija: litijeva baterija, 500 h.
Slika 10. U načinu snimanja podataka, pH vrijednosti dobivene HALO elektrodom mogu se vidjeti u obliku tabele ili…
Slika 11. ... u obliku grafa. Bilješke su moguće, a podaci se mogu prenijeti u Excel proračunske tablice.
Ovdje možete provjeriti je li vaš telefon ili tablet kompatibilan s HALO: http://hannainst.com/halo
Više informacija o Hanna Instruments proizvodima možete pronaći ovdje: http://hannainst.com
Sve Hanna sonde i elektrode dolaze s jamstvom od 6 mjeseci.
Ostala razmatranja
Sada ću ukratko govoriti o drugim aspektima koje morate uzeti u obzir pri kupnji pH metra ili elektrode.konektori (adapteri)
pH uređaji s odvojenim elektrodama moraju se spojiti na instrument pomoću konektora (osim kada su u pitanju uređaji s bežičnom vezom, kao što je Hanna HALO.) I iako se taj aspekt čini beznačajnim, može imati dugoročne i možda skupe posljedice. . Neki proizvođači koriste specijalizirane konektore kako bi osigurali kontinuiranu upotrebu i kupnju svojih elektroda. Najčešći je Bayonet Neill-Concelman (BNC) brzi konektor. Američki konektor je rjeđi. Neki uređaji proizvedeni u Europi koriste S7 konektor.
Veze
Spoj u pH elektrodi je točka presjeka (susreta) dvaju svjetova – unutarnje otopine senzora i uzorka koji se ispituje. Postoje specijalizirani izrazi koji se koriste za opisivanje spojeva, njihove strukture i geometrije. Kao što je objašnjeno, spojevi omogućuju da otopina za kontrolu elektroda uđe u ispitnu otopinu. S tim u vezi, oni su podložni kontaminaciji, začepljenju, posebno u slučaju zauljenih uzoraka ili uzoraka s visok sadržaj proteina ili suspenzije (otopine s suspenzijom). Neke elektrode koriste vezu tkiva. Skuplje elektrode koriste porozne keramičkih materijala. Neki priključci izrađeni su od PTFE (politetrafluoroetilen) plastike i dizajnirani su za upotrebu u teškim okruženjima, uključujući okruženja s visokim sadržajem ugljikovodika. PTFE spojevi su ponekad prilično veliki i nalikuju prstenu oko staklene žarulje (keramički spojevi su obično mali, samo oko 1 mm u promjeru). Bilo koji spoj može postati kontaminiran.
Srećom, za grebene akvariste, univerzalne pH sonde s tkaninom ili keramičkim spojevima su u redu.
Čišćenje pH elektroda
Uvijek je vrijedno zapamtiti da su elektrode uređaji za znanstveno istraživanje i zahtijevaju odgovarajuću njegu. I iako je plastično tijelo prilično izdržljivo, staklena žarulja je vrlo krhka - nepažljivo rukovanje može dovesti do činjenice da će se slomiti. Elektrode koje se koriste samo povremeno ne zahtijevaju često čišćenje; međutim, ako je vaša elektroda trajno uronjena u "organsku juhu" (kao u nekim akvarijima), akvaristima se savjetuje da redovito čiste elektrodu. Događa se da je sonda prekrivena biološkim nečistoćama i proteinima. Hrana (i katastrofalni kvarovi potopljenih crpki) dodaju masti u vodu akvarija, što također pridonosi zagađivanju elektrode. Srećom, rješenja za čišćenje pomažu u održavanju funkcionalnosti elektroda. Slijedite upute proizvođača. Nemojte trljati elektrodu - uvijek je osušite kako biste spriječili statičko pražnjenje.
Gel elektrode koje se mogu puniti i koje se ne mogu puniti
Neke se elektrode mogu napuniti posebno formuliranim otopinama, dok se druge elektrode pune gelom. Općenito, gel senzori sporije reagiraju na promjene pH. Većina senzora dizajniranih za korištenje u akvarijima punjena je gelom.
Kalibriranje
Ispravna kalibracija pH elektrode je potrebno stanje za točne rezultate. Proces je pojednostavljen ako instrument nudi automatsku temperaturnu kompenzaciju (ATC). Slike 12-14 prikazuju primjere učinka temperature na kalibracijski standard (referenca).
Slika 12. Utjecaj temperature na pufer 4.01 kalij hidroftalata.
Slika 13. Utjecaj temperature na pH pufera kalij dihidrogen fosfat/dihidrogen fosfat (6.865). Na sreću, kalibracije sobne temperature prilično su točne ako se koristi instrument koji nije ATC.
Slika 14. Na pH ovog pufera (natrijev bikarbonat/natrijev karbonat) može utjecati temperatura (još jedan slučaj za korištenje ATC uređaja.) Ugljični dioksid iz atmosfere tijekom vremena napada otopinu.
Pravilna kalibracija pH elektrode zahtijeva malo strpljenja i pažnje na detalje. Nove sonde moraju biti pravilno hidratizirane (pogledajte upute za svoj instrument). Unatoč činjenici da je moguća kalibracija u jednoj točki, poželjno je izvršiti kalibraciju u 2 točke (između kojih bi trebao pasti očekivani pH). Za grebenske akvarije koristite pufere 7.01 i 9 ili 10. Imajte na umu da neki instrumenti mogu automatski prepoznati pufere i stoga zahtijevaju korištenje posebna rješenja. Prije kalibracije provjerite ima li oštećenja na elektrodi (osobito staklenu žarulju). Na staklenoj žarulji ne smije biti bioobraštanja. Ako je dostupno, koristite otopinu za čišćenje koju preporučuje proizvođač. Na pravilno čišćenje bioobrastanje, masnoća, kontaminacija proteinima itd. bit će uklonjena. Elektrodu, ako se može ponovno puniti, treba napuniti otopinom koju preporučuje proizvođač. Kada je elektroda čista i u dobrom stanju, stavite je u prvu otopinu za kalibraciju. Provjerite jesu li staklena žarulja elektrode i spoj potpuno uronjeni u otopinu za kalibraciju (koristim čašu od 30 mm gdje je 7 mm pufera dovoljno za kalibraciju). Otopinu snažno promiješajte elektrodom (ako nema magnetske mješalice) i pričekajte da se temperatura elektrode i otopine izjednači. Unesite vrijednost u memoriju instrumenta (obično se tipka mora pritisnuti kada je instrument u načinu kalibracije). Isperite elektrodu destiliranom vodom i osušite papirnatim ručnikom (po mogućnosti laboratorijskim maramicama kao što je Kimwipes). NIKADA nemojte brisati elektrode papirom - može se stvoriti statički elektricitet koji može utjecati na kalibraciju, a time i na očitanja. U slučaju jedne kalibracijske točke, proces je završen. U slučaju 2 ili 3 točke kalibracije, postupak se mora ponoviti. Prilikom mjerenja pH uzorka vode, promiješajte otopinu ručno ili mješalicom i ostavite vrijeme za temperaturnu kompenzaciju. U laboratorijskoj praksi preporuča se bilježiti pH i temperaturu.
Starenje kalibracijskih pufera
Kao i kod većine kemikalija, pH puferi se s vremenom pogoršavaju. Neki puferi su proizvedeni tako da budu otporni na promjene i imaju dugi vijek trajanja (nekoliko godina). Odaberite pufere koji imaju rok trajanja na pakiranju. Rok trajanja karbonatnih pufera općenito je kraći od alkalnih ili kiselih pufera zbog izloženosti ugljičnom dioksidu u zraku. Pufere koji su bili u kontaktu s elektrodom tijekom kalibracije treba odbaciti. Ako primijetite da pufer postaje pljesniv (obično oko 4 pufera), bacite ga. Nemojte koristiti pufere za ispravljanje pH vrijednosti vašeg akvarija.
Skladištenje pH elektroda
Pravilno pohranite pH senzore. Ono što je najvažnije, staklena žarulja mora ostati hidratizirana. Drugo, temeljna otopina ne smije dopustiti osmozu između same otopine i unutarnje otopine/gela elektrode. Osim toga, mora sadržavati antimikrobnu komponentu koja sprječava pojavu plijesni i onečišćenja.
Potrebni puferi za pH kalibraciju, osnovne otopine i pribor mogu se pronaći ovdje: http://hannainst.com/ph-solutions
Blogovi i resursi Hanna Instruments pH
1.2. Vodiči i kontrolne liste za pH elektrode
3. Top 10 pogrešaka u mjerenju pH vrijednosti
4.
