Ph-метрия

Зачем нужна калибровка

РН-метр относится к лабораторным приборам, требующим пристального внимания как в работе, так и в обслуживании. Калибровка – это своего рода настройка инструмента, который должен выдавать точные цифры. Электроды функционируют на основе уравнения Нернста (на наклоне и смещении), со временем они начинают менять или терять свои свойства, что приводит к искажению данных. Поэтому и требуется калибровка рН-метра.

Чем чаще производится калибровка, тем точнее итоговый результат. Для успешного измерения процедуру проводите с определенной периодичностью:

• несколько раз в неделю при регулярном применении;
• при некорректных показаниях;
• после тестирования очень кислотных или щелочных жидкостей;
• после тестирования жидкостей в широком диапазоне;
• в случае замены электрода.

Как определить

РН (потенциал водорода) показывает степень кислотности и щелочности в воде или почве, т. е. соотношение количества ионов Н+ и ОН-. Для удобства определения разработана шкала от 0 до 14, показывающая, что чем выше показатель, тем более щелочная среда, чем ниже – кислотная. Нейтральным считается уровень в пределах 7.

Однако такие показатели приблизительные, не определяющие точную степень рН. Это затрудняет расчет того, какое количество синтетических и минеральных питательных веществ для растений необходимо. Неправильное определение значения приведет к гибели или болезням растительных культур.

Чтобы избежать таких неприятных ситуаций, можно использовать электронный рН-метр. Такой прибор избавляет от необходимости приобретать лакмусовые бумажки для экспресс-теста и определять степень насыщенности розового цвета. Достаточно опустить его в воду, и на дисплее отобразиться уровень рН. Для жидкости и грунта используют разные приборы измерения: датчики по-разному определяют данный показатель.

Сегодня на рынке представлено довольно большое количество фирм-производителей такого точного научного оборудования (портативный, карманный, стационарный).

Как правило, широко используется предмет для определения уровня рН именно в воде. Принцип работы прибора устроен просто: 2 электрода (индикаторный измерительный и электрод сравнения) опускаются в раствор, между которыми создается небольшой ток, измеряющий величину напряжения между ионами водорода. Показатель отображается на дисплее. Для такой нехитрой манипуляции достаточно нескольких секунд.

Описание

рН-метры МАРК-902 (в дальнейшем – рН-метры) – это двухканальные измерительные приборы, состоящие из блока преобразовательного (преобразователя) и блока датчиков.

В основу работы рН-метра положен потенциометрический метод измерений рН контролируемого раствора. Электродная система, состоящая из комбинированного электрода либо измерительного электрода и электрода сравнения, при погружении в контролируемый раствор развивает ЭДС, линейно зависящую от значения рН.

С помощью преобразователя ЭДС электродной системы в рН-метре преобразуется в значение рН с учетом температуры анализируемого раствора, т. е. выполняется автоматическая термокомпенсация, которая компенсирует изменение ЭДС электродной системы.

рН-метр выпускается в следующих исполнениях:

–    МАРК-902, МАРК-902/36, МАРК-902/1, МАРК-902/1/36 с блоком преобразовательным щитового либо настенного исполнения и блоком датчиков БД-902;

–    МАРК-902А, МАРК-902А/36, МАРК-902А/1, МАРК-902А/1/36 с блоком преобразовательным щитового либо настенного исполнения и блоком датчиков БД-902А;

–    МАРК-902МП, МАРК-902МП/36, МАРК-902МП/1, МАРК-902МП/1/36 с блоком преобразовательным щитового либо настенного исполнения, с блоком датчиков БД-902МП.

Электрическое питание рН-метра осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В, 50 Гц (для исполнений МАРК-902, МАРК-902/1, МАРК-902А, МАРК-902А/1, МАРК-902МП, МАРК-902МП/1) либо 36 В, 50 Гц (для исполнений МАРК-902/36, МАРК-902/1/36, МАРК-902А/36, МАРК-902А/1/36, МАРК-902МП/36, МАРК-902МП/1/36).

Блок преобразовательный (преобразователь) – микропроцессорный, осуществляющий отображение результатов измерений рН, ЭДС и температуры водных растворов, которые выводятся на экран графического ЖК индикатора (в дальнейшем индикатор). При этом возможны режимы индикации одного из каналов либо режим одновременной индикации двух каналов измерений.

Блок преобразовательный, блок усилителя и блок датчиков БД-902МП выполнены в металлических корпусах со степенью защиты от воздействия окружающей среды IP65, IP62 и IP68 соответственно.

Блоки датчиков БД-902МП магистрально-погружного типа с комбинированным электродом и блоки датчиков БД-902 и БД-902А проточно-погружного типа, состоящие из блока усилителя, датчика температуры и раздельных либо комбинированных электродов, могут быть удалены от блока преобразовательного на расстояние до 100 м.

Типы применяемых электродов приведены в таблице 1.

Подготовка калибровочных решений

Рекомендуется выполнить калибровку, используя, по крайней мере, два разных буфера. Бреккетинг, который также называют «двухточечной или многоточечной калибровкой», представляет собой отладку показаний тестера рН до двух значений, один из которых выше, а другой ниже предполагаемого диапазона pH. Например, при анализе лимонного сока, рН которого составляет величину около 2 единиц рН, можно применить для двухточечной калибровки pH-буферы 1.0 и 4.01. Для ещё большей точности вы можете добавить третью калибровку при pH 7.01, именно таким образом определяется смещение. Калибровка при pH 7.01 может диагностировать такие проблемы, как загрязненный или сломанный электрод, и тем самым помогает избежать ошибок в измерениях.

Мы рекомендуем калибровку ежедневно для достижения наилучших результатов. Однако если точность не имеет решающего значения для ваших измерений, можно калибровать электрод один или два раза в неделю. Поскольку срок годности раствора сокращается после открытия бутылки, если вы будете выполнять калибровку с частотой 1-2 раза в неделю, то наиболее подходящим вариантом упаковки буферов для вас станут одноразовые пакеты. С ними вы гарантированно будете использовать свежий буфер каждый раз.

pH-метры

PH-метры измеряют уровень pH раствора, что характеризует его кислотность или щелочность. Уровень pH – один из самых частых параметров, измеряемый как в химической лаборатории, так и на производстве.

Подавляющее большинство химических и биологических процессов протекают при определенном диапазоне pH (например, ферментативный синтез лекарственных средств, коагуляция примесей при очистке воды, экстракционные процессы, производство кисломолочных продуктов, созревание мяса и т.д.), и для достоверного определения уровня pH требуется надежный и точный прибор.

Современные pH метры позволяют проводить измерения уровня pH в самых различных средах: в питьевой и сточной воде, при производстве соков, минеральной воды, пива и других напитков, молочных продуктов, водорастовримых красок, в электролизных растворах, биологических образцах.

Принцип действия pH метров основан на изменении электродвижущей силы цепи, системы электродов, погруженных в исследуемый раствор, состоящей из электрода сравнения и измерительного электрода.

В большинстве случаев электрод сравнения и измерительный электрод объединяют для удобства использования в один комбинированный электрод. Электрод сравнения и измерительный электрод в этом случае соединяется солевым мостиком. Для защиты электрода сравнения от загрязнения содержащимися в измеряемом растворе ионами применяют двойной солевой мостик.

Ключевым элементом электрода является стеклянная мембрана, чувствительная к ионам водорода. Для ее изготовления используют специальные сорта стекла, проницаемые для ионов водорода и за счет этого обладающих способностью проводить электрический ток. Значение тока в мВ, протекающего через мембрану преобразуется в значение pH в соответствии с уравнением Нернста. Конструкция электрода зависит от сферы его применения (физические и химические свойства измеряемой среды, требуемые диапазоны измерения, необходимая точность и т.д.)

Существуют специальные электроды для пищевой промышленности, электроды, специально предназначенные для измерения pH твердых и полутвердых и вязких образцов- сыров, мяса, фруктов, овощей, масла, джемов. Специальная конструкция электрода с диафрагмой свободного истечения позволяет использовать его даже в неводных средах (нефтепродукты, органические кислоты, жидкий аммиак, спирты и др.).

Наши специалисты обладают огромным опытом подбора приборов для решения любой аналитической задачи.

Правильное использование калибровочных растворов pH

Чтобы предотвратить загрязнение калибровочных растворов, никогда не погружайте электрод прямо в ёмкость с раствором. Вылейте только необходимое количество буфера в небольшой чистый контейнер и используйте его для вашей калибровки. Никогда не выливайте использованный буфер обратно в бутылку для хранения.

Обычно калибровочные буферы рассчитаны на длительный срок хранения, в случае, если они герметично закрыты и упаковка не нарушена. После открытия буфер с рН ниже 7 может храниться около 4-8 недель, тогда как буфер с рН выше 7 будет сохранять свои свойства в течение примерно 1-2 недель.

Что нужно знать о термокомпенсации

1. Под автоматической термокомпенсацией в рН-метрии подразумевается только учет температуры, входящей в уравнение Нернста.

2. Если Вы хотите знать точное значение рН образца при 25С, единственный реальный выход – это измерить его при 25С.

3. Кроме вышеперечисленных причин, температура влияет и на сам корпус электрода и на электролит, находящийся в нем. Все это заметно сказывается на значении рН. Практически никто из производителей этого не учитывает. Исключение составляет Orion, разработавший технологию LogR. Ее суть заключается в том, что сопротивление (R) чувствительной части рН-электрода обратно пропорционально температуре: LogR = 1/T Помимо учета изменяемых с температурой характеристик электрода, это позволяет в принципе отказаться от параллельного измерения температуры, заменив температуру в уравнении Нернста обратным логарифмом сопротивления электрода. К сожалению, из-за низкой точности измерения температуры данная технология не получила широкого распространения.

Способы изменения жёсткости воды

Чтобы знать, в какую сторону производить изменения (повышать или уменьшать), определите жёсткость водопроводной воды и потребности ваших рыбок, может быть коррекции не потребуется вовсе.

Снижение общей жёсткости dGH

Способ № 1. Кипячение воды — поскольку в этом случае удаляется только карбонатная жёсткость, то общие значения изменяться не сильно. В зависимости от состава воды в вашем регионе колебания могут составить от пары процентов до 50% и более. Ориентируйтесь на потребности рыбок, возможно снижение жёсткости путём простого кипячения будет достаточно.Способ № 2. Вымораживание — данный способ актуален в условиях России с её длительной зимой. Воду заливают в ёмкость и выставляют на холод (например, на лоджию). Вода замерзает, начиная от стенок. В образующемся льде практически нет растворённых солей, они концентрируются в оставшейся жидкой воде, поэтому, когда лёд займёт 2/3 всего объёма, оставшуюся воду сливают, а лёд растапливают. В результате жёсткость снижается до 1-30dGH.Способ № 3. Пропустить воду через фильтр с обратным осмосом — вода после такой обработки очищается от всех примесей и становится практически дистиллированной. Перед применением в аквариуме полученную таким способом воду следует разбавить обычной водой.Способ № 4. Пропустить воду через ионообменные колонки — специальные смолы реагируют с солями кальция и магния, тем самым делая воду мягкой.

Повышение общей жёсткости dGH

Жёсткость воды повышается довольно просто, например путём добавления кусочков известняка в аквариум или использования фильтров с мраморной крошкой в качестве фильтрующего материала, или применение химических реагентов: — хлорид кальция (CaCl2), продаётся в аптеках без рецепта, является лекарственным средством, а также зарегистрирован как пищевая добавка Е509; — сульфат магния (MgSO4), продаётся в аптеках без рецепта, является лекарственным средством.

Выполнение калибровки pH-метра

Начните с промывки электрода в воде

Используйте для этого бутылку либо заполните стакан дистиллированной водой и осторожно промойте в нём электрод в течение 4-6 секунд. Затем поместите электрод в свой первый калибровочный раствор и осторожно перемешайте его или используйте магнитную мешалку

В случае использования мешалки убедитесь в отсутствии образования вихрей. Подождите не менее 3 секунд, пока показание стабилизируется, и подтвердите калибровку. Затем снова ополосните электрод и повторите весь процесс по мере необходимости для других буферов. Теперь вы готовы к исследованиям и можете быть уверенными в их точности.

Многие рН метры также после калибровки выводят на дисплей текущий угол наклона электрода. В нормальном случае он должен составлять 85-105 %, а величина смещения должна находиться между ± 30 мВ. Если ваш электрод находится за пределами этого диапазона, попробуйте очистить его, восстановить и откалибровать свежим буфером. Если после этого проблема не будет устранена, то требуется замена электрода.

По материалам статьи Дэйва Масулли, выпускника Колледжа Род-Айленда, обладателя ученой степени по химии и биологии, сотрудника компании Hanna Instruments. Среди главных увлечений Дэйва – научный анализ продуктов питания под чашечку хорошего кофе.

Правила ухода

Каким бы ни был рН-метр, правила ухода за ним описываются в приложенной к нему инструкции. Прежде чем приступать к работе, с правилами и техникой безопасности необходимо внимательно ознакомиться. Это точное оборудование, требующее серьёзного отношения в процессе эксплуатации и грамотного ухода. А именно:

поскольку при изготовлении прибора используется стекло, следует соблюдать определенную осторожность во время проведения измерительных работ и чистки оборудования;
рН-метр следует мыть в дистиллированной воде, которая должна полностью стечь, а прибор высохнуть;
при использовании его в агрессивной среде для чистки использовать специальные моющиеся средства;
электроды не следует трогать руками: это может его повредить и негативно отразиться на последующей работе оборудования;
в специальном колпачке рН-метра есть буферный раствор, предназначенный для его хранения – ни в коем случае не выливайте его, при хранении прибор должен находиться в вертикальном положении;
сама жидкость должна храниться в плотно закрытой таре в прохладном месте с температурой не выше 25 градусов, но не в холодильнике;
лабораторный предмет всегда должен быть почищен после работы и откалиброван перед использованием.

О процессе калибровки pH-метра можно посмотреть видео.

Как определить жёсткость воды?

В домашних условиях проще всего воспользоваться специальными тестовыми наборами (реагенты и цветовые шкалы), приобретаемые в зоомагазинах или через Интернет. Однако, их цена порой кусается, а точность оставляет желать лучшего. Данные тесты основаны на химической реакции реагента и воды из аквариума, которая в процессе окрашивается в определённый цвет. Именно его и сравнивают с цветовой шкалой, идущей в комплекте.

Тестовый набор для определения жёсткости воды

У данных тестов есть важная особенность, влияющая на точность измерения, они определяют жёсткость воды не напрямую, а косвенно. Напомним, жёсткость зависит от количества катионов Ca+ и Mg+, неизменными спутниками которых являются различные анионы SO4-, Cl-, HCO3- и др. (это всё результаты диссоциации солей). Капельные тесты, лакмусовые бумажки и прочие подобные наборы реагируют не с катионами кальция и магния, а только с гидрокарбонатными анионами — HCO3. Поскольку количество последних зачастую непропорционально, то и показания будут усреднёнными. Завышение или занижение измеренных параметров жёсткости может отличаться от реальности на четверть и более. При содержании неприхотливых видов подобные неточности не имеют значения.

Более оптимальным выглядит применение TDS метра, хотя жёсткость воды он напрямую также не определяет, но в отличие от предыдущего способа даёт меньшую погрешность. TDS метр измеряет электропроводность воды, которая зависит от количества растворённых в ней солей. Чем их больше, тем выше электропроводность. Поскольку водопроводная вода в основном содержит соли Ca и Mg, то по измерениям можно довольно точно определить жёсткость воды.

Примеры моделей TDS метров

В продаже представлено множество портативных моделей самой разной формы и размеров. Цена самых простых измерителей колеблется возле отметки в 1000 рублей на момент написания статьи. Большинство TDS метров дают результаты измерений в единицах элетропроводимости µS (микро-Siemens) и в американских градусах ppm, поэтому переводит в немецкие градусы придётся самостоятельно (1dGH = 17.847ppm). Можно воспользоваться удобным онлайн-конвертором.

Исходя из особенностей измерения жёсткости TDS метром становятся понятны его недостатки. Если в аквариуме используются некоторые вещества для коррекции показателя pH (например реагенты pH+ и pH-) или добавлялась поваренная соль, то показания измерений начнут значительно расходится с реальностью.

Существует ряд других методов, более точных, для определения жёсткости воды, но они трудоёмки и требуют не малого мастерства и опыта, поэтому актуальны только для профессионалов или владельцев магазинов аквариумных рыб. В домашних условиях достаточно тестового набора или TDS метра.

Проблема термокомпенсации, автоматическая термокомпенсация

Проблема компенсации изменений температуры одна из самых важных и самых трудно решаемых в рН-метрии. Погрешность в измерения возникает по трем причинам: В уравнение Нернста входит температура; Равновесные концентрации ионов водорода в буфере и образцах меняются в зависимости от температуры; Характеристики рН-электрода зависят от температуры. 1. Согласно уравнению Нернста, теоретический наклон калибровочной кривой изменяется с температурой. Если прибор не учитывает этого изменения, то к погрешности измерений добавляется ошибка в среднем равная 0.003рН на каждый градус Цельсия и каждую единицу рН от изопотенциальной точки.

Например: прибор откалиброван по буферу рН=7 при температуре 25С.Образец с рН=5 при 20С, ошибка = 0.003 х 5 х 2 = 0.03
Образец с рН=2.5 при 2С, ошибка = 0.003 х 23 х 4.5 = 0.31
Образец с рН=12 при 80С, ошибка = 0.003 х 55 х 5 = 0.82

Компенсировать изменение наклона калибровочной прямой очень просто, поэтому это делает практически любой современный рН-метр, за исключением самых простейших. Это то, что в рекламных проспектах и спецификациях называется “автоматической термокомпенсацией” (автотермокоменсация, АТС, ATC). Но ни один из приборов не позволяет учитывать следующие две составляющие погрешности.2. Гораздо более сложной задачей является компенсация изменений равновесных концентраций ионов водорода в образцах с изменением температуры. Проблема заключается в том, что не зная точного химического состава образца невозможно предсказать характер этих изменений. Существует только общая закономерность, что рН нейтральных и щелочных растворов сильнее зависит от изменения температуры, чем рН кислых растворов. При изменении температуры на 25-30 градусов рН может измениться на 0.5 – 1 единицы. Обычные общелабораторные рН-метры никак не учитывают этот фактор, да его и невозможно учесть, так как растворы бывают самые разные. Исключения не составляют и буферные растворы:

Измерение pH в косметической промышленности

Значение показателя pH является критически-важным при оценке качества изделий косметики. Изделия косметики со слишком высокой кислотностью или щёлочностью могут вызывать раздражения и покраснения кожи. Значение показателя pH кожи обычно находится в пределах 5-6.5, благодаря естественной кислотной защите

“Нейтральные” очищающие средства обладают несколько повышенной кислотностью и могут использоваться для поддержки естественной кислотной защиты кожи, что чрезвычайно важно для людей с чувствительной кожей. С другой стороны, щелочные чистящие средства могут способствовать процессу восстановления естественных жиров кожи

Таким образом, значение показателя pH изделий косметики необходимо измерять, контролировать и корректировать на стадии производства, чтобы конечный продукт обладал необходимыми свойствами. Управляемый одной рукой прибор для измерения pH testo 206 позволяет решать такие задачи за счёт:

• Прямого измерения параметров процессов для быстрой оценки значения показателя pH
• Исполнения прибора в трёх версиях в зависимости от среды, в которой проводится измерение (например, жидкость, паста и пр.)
• Прочного, водонепроницаемого и пригодного для мойки в посудомоечной машине защитного чехла “TopSafe” (класса защиты IP68), отвечающего самым строгим требованиям к чистке в секторе фармацевтики.
• Встроенный зонд температуры для одновременного измерения значений двух параметров
• Гелевый электролит, не требующий технического обслуживания
• Возможность калибровки по 1, 2 или 3 точкам

Как правильно настроить

Когда проводится калибровки pH-метра, допускается много ошибок. Перечислять их можно долго – рассмотрим 3 главных. Одна из распространенных – это использование дистиллированной воды. Многие считают её чистой, с нейтральным уровнем рН 7. В реальности это не так. На воздухе такая вода интенсивно начинает поглощать углекислый газ, и состав жидкости меняется, соответственно, меняется и показатель кислотности.

Ещё одна совершаемая ключевая ошибка – хранение буферных растворов на воздухе. Такие действия приводят к быстрой порче реагента. Неверным шагом является сохранять уже использованный раствор для следующей калибровки. Так зачастую заносится грязь, искажая последующие результаты.

Как же правильно настроить и проверить прибор? Новые рН-метры, приобретаемые в специализированных магазинах, уже с заводской калибровкой. Перед первым применением и после работы его нужно обязательно откалибровать. Прибор настолько чувствительный, что даже тряска во время транспортировки способна сбить настройки.

Прежде чем приступить к работе, измеритель должен быть настроен на тот диапазон, который будет исследоваться. Опытные специалисты отмечают 3 оптимальные отметки для измерения уровня рН: 4,0, 7,0 и 10,0. Эти точки максимально покрывают диапазон от 0 до 14, определяющий кислотность и щелочность среды.

Буферные (калибровочные) растворы – это специальные водные составы со стандартным значением активности ионов водорода на основе солей многоосновных кислот. Жидкости выбираются в соответствии с требуемыми показателями. Если это щелочной, используйте буфер с рН 9,18, кислая – с рН 4,01, нейтральная – с рН 6,86.

Сам процесс калибровки не требует каких-либо специальных навыков. Процедура эта проста (даже в домашних условиях). Инструменту с аналоговой настройкой нужна отвертка, при помощи которой регулируются значения до совпадений показателей калибровочного раствора. На цифровых необходимо слегка надавить на стрелку до получения требуемого результата.

Производители научного прибора для облегчения работы оснастили рН-метры функцией самостоятельной калибровки, то есть приборы автоматически распознают данные жидкости и настраиваются самостоятельно. Безусловно, это удобно, но для гарантии лучше, чтобы имелась возможность регулировать настройки для устранения возможных неполадок и неточностей подручными средствами.

Список источников

• zen.yandex.com
• www.testo.ru
• www.ecoinstrument.ru
• www.aqvium.ru
• stroy-podskazka.ru
• all-pribors.ru
• www.ecoinstrument.com.ua