MOSTRAT MUND TË JETË TË VËSHTIRA, POR MATJA MUND TË JETË LEHTË.
Vlera e pH është një parametër vendimtar për shumë aplikime.
Është një parametër themelor në industrinë ushqimore, për optimizimin e veshjes së nikelit ose bakrit, për sigurimin e kushteve optimale për rritje të shëndetshme të bimëve dhe shumë të tjera.
Arsyeja është se vlera e pH-it ndikon në shumë procese biologjike dhe kimike si përhapja/mbijetesa e mikroorganizmave, aktiviteti i enzimave, reaksionet kimike dhe ekuilibrat, tretshmëria e kripërave, etj.
Më shpesh (dhe gjithashtu më saktë) vlera e pH matet nga një matës pH me një elektrodë xhami. Megjithatë, marrja e vlerave të sakta dhe të qëndrueshme mund të jetë e vështirë, veçanërisht në disa mostra (si ushqimi, dheu, kremrat, bojërat, mostrat me pH të lartë, etj.).
Është e rëndësishme të kuptohet se çfarë do të thotë pH, si funksionon një elektrodë pH dhe gjithashtu se si matja mund të jetë më e lehtë duke përdorur elektrodën e duhur.
Hanna Instruments është prodhuesi kryesor i elektrodave pH dhe ofron një larmi të madhe elektrodash të dizajnuara për aplikime specifike.
Industria petrokimike
Elektrodat fotometrike Hanna për përdorim
Titursit tanë automatikë potenciometrikë
1. Çfarë është pH?
Vlera e pH-it është një matje që tregon se sa jone aktivë të hidrogjenit janë të pranishëm në një mostër. Në praktikë, përqendrimi përdoret më shpesh në vend të aktivitetit.
Me fjalë më të thjeshta, pH është një matje se sa acid apo alkaline është një tretësirë ujore.
Termi “pH” qëndron për “pondus hydrogenii” ose “potenciali i hidrogjenit” dhe u prezantua për herë të parë nga biokimisti danez, Soren Peter Lauritz Sorensen, në 1909.
Gjatë hulumtimit të tij, ai shpesh kishte nevojë për të matur se sa acid është mostra dhe e gjeti më të përshtatshëm për të shkruar përqendrimin e joneve të hidrogjenit në shkallën logaritmike dekadike (për shembull 0.0000001 mol/L H+ bëhet pH 7). pH është përcaktuar më pas si [1]:
a = aktiviteti
c = përqendrimi
H+ = jonet hidrogjen
Kështu, vlera e pH-it matet në një shkallë logaritmike nga 0 në 14, ku 7 është neutrale (Figura 1).
Kur një substancë e quajtur acid i shtohet ujit, rrit përqendrimin e joneve të hidrogjenit dhe vlerat e pH bien nën 7. Në të kundërt, një substancë e quajtur bazë ul përqendrimin e joneve të hidrogjenit dhe vlera e pH rritet mbi 7. Kjo do të thotë, se çdo tretësirë nën pH 7 është acid, dhe çdo tretësirë mbi 7 është alkaline. Meqenëse përdorim logaritmin dekadik, 1 pH më pak do të thotë një rritje 10 herë e aktivitetit të H+. [2]
2. Si funksionon një elektrodë pH?
Një elektrodë qelqi ose një elektrodë pH është një lloj elektrode jono selektive- është selektive për matjen e joneve të hidrogjenit. Pjesët e mëposhtme janë të nevojshme për matjen potenciometrike të pH:
- elektroda e referencës, më e zakonshme është gjysmëqeliza e klorurit të argjendit (teli argjendi i veshur me AgCl në kontakt me tretësirën e ngopur KCl) – ka potencial konstant
- elektroda indikatore me xham të ndjeshëm ndaj pH – ndryshon potencialin në përgjigje të përqendrimit të analitit,
- matësi mV – lexon ndryshimin e potencialit midis elektrodës referuese dhe indikatore.
Zakonisht, përdoret një elektrodë e kombinuar pH (Figura 2), e cila përfshin si elektrodën referuese ashtu edhe elektrodën indikatore.
Pjesa e elektrodës që është e ndjeshme ndaj pH është llamba e hollë e qelqit ose koni në fund të elektrodës indikatore. Në sipërfaqen e këtij xhami të ndjeshëm janë atome oksigjeni të ngarkuar negativisht (nga SiO4) që mund të lidhin jonet e ngarkuar pozitivisht të një madhësie të përshtatshme – jonet e hidrogjenit (dhe gjithashtu jonet bazike, por me më pak forcë).
Sa jone hidrogjeni janë të lidhura në sipërfaqen e xhamit të ndjeshëm varet nga aktiviteti (përqendrimi) i joneve të hidrogjenit në mostër. Kur jonet e hidrogjenit lidhen me xhamin e ndjeshëm ndaj pH, gjenerohet një potencial elektrik. Prandaj, duke lexuar këtë potencial me një matës mV, vlera e pH mund të llogaritet duke përdorur ekuacionin e Nernst [2]:
E = potenciali në mV
E0 = potenciali elektrik i prodhuar nga elektroda e referencës
β =efekti i dehidrimit, kontaminimit, gërvishtjeve etj. në membranën e qelqit
Një komponent tjetër thelbësor i një elektrode është kryqëzimi, i cili lejon kontaktin midis tretësirës në elektrodën e referencës (elektroliti, KCl i ngopur) dhe mostrës. Elektroliti rrjedh nga elektroda e referencës në mostër, duke mbyllur qarkun elektrik dhe duke bërë të mundur matjet. Sa më e madhe të jetë rrjedha e elektrolitit, aq më e mirë është përgjigja e elektrodës. [2]
Elektrodat standarde me një bashkim të vetëm kanë elektrodën e referencës në kontakt të drejtpërdrejtë me mostrën (Figura 3). Kloruri i argjendit i pranishëm në elektrodën e referencës mund të ketë tretshmëri të ulët në mostër, kështu që gjatë kontaktit me mostrën, precipiton në faqen e jashtme të kryqëzimit duke rezultuar në lexime të rrëmbyeshme. Në kushte të pafavorshme (presion i lartë, temperaturë e lartë, përcjellshmëri e lartë) rrjedha e elektrolitit gjithashtu mund të rikthehet, duke rezultuar në kontaminimin e gjysmëqelizës së referencës dhe dështimin e plotë të elektrodës.
Elektrodat me bashkim të dyfishtë kanë, siç nënkupton edhe emri, dy kryqëzime (Figura 3). Këto elektroda kanë një ndarje shtesë për elektrodën e referencës me kryqëzimin e brendshëm. Zona e ndërmjetme është pa argjend dhe jo e ndjeshme ndaj ndotjes, duke rritur jetëgjatësinë e elektrodës.
Pse elektrodat e pH duhen të kalibrohen?
Vlerat E0 dhe β në ekuacionin Nerstit varen nga gjendja e membranës së qelqit (niveli i hidratimit, depozitimet, gërvishtjet, etj.) dhe nga kryqëzimi (niveli i bllokimit).
Llogaritja e këtyre vlerave do të ishte e pamundur në praktikë dhe ndryshimet janë shumë të rëndësishme për rezultatet. Pas kalibrimit të elektrodës së pH me tretësira me vlerë të njohur (mundësisht me të paktën dy), matjet rregullohen në përputhje me rrethanat.
Pse duhet të mirëmbahen elektrodat e pH?
Është e rëndësishme të kuptohet se jonet e hidrogjenit mund të lidhen me membranën e qelqit vetëm nëse ajo është e hidratuar, për këtë arsye elektroda duhet të ruhet në tretësirën ruajtëse HI70300 që mban sipërfaqen e elektrodës të hidratuar dhe gati për matje (Figura 4).
Jonet e hidrogjenit gjithashtu nuk mund të lidhen në sipërfaqe, nëse ka depozita (organike ose inorganike). Sasia e sipërfaqes që është e disponueshme për kontaminim ndikon në cilësinë e matjeve.
Tretësira pastruese HI7061 për qëllime të përgjithshme ose një tretësirë pastruese specifike për një aplikim të caktuar do të heqë depozitat dhe do të rivendosë elektrodën në gjendje pune (Figura 5).
Niveli i elektrolitit në elektrodën e referencës duhet të mbahet në 1-2 cm poshtë vrimës së mbushjes për të mbajtur presionin e duhur për daljen e elektrolitit (Figura 6).
Përpara matjeve, nivelet e elektrolitit duhet të kontrollohen dhe të rimbushen me elektrolit HI7082 për elektroda me kryqëzim të dyfishtë ose elektrolit HI7072 për elektroda me një kryqëzim të vetëm nëse është e nevojshme. Dhe gjatë matjeve, është e rëndësishme që kapaku të jetë i lirë ose i hapur.
Si të kontrolloni gjendjen e elektrodës së pH?
Për të kontrolluar elektrodën, nëse është në gjendje të mirë, duhet të ndërtohet lakorja.
Kompensimi është vlera mV e matur në një tretësirë me pH 7.0. Teorikisht, kjo vlerë duhet të jetë 0 mV, por në praktikë kompensimi ±30 mV është i pranueshëm.
Pjerrësia mund të përcaktohet duke matur vlerën e mV në tretësirat me pH 7.0 dhe pH 4.0 (ose pH 10.0) dhe duke llogaritur diferencën absolute në mV.
Nga ekuacioni i Nerstit mund të shohim se ky ndryshim duhet të jetë 59,16 mV * 3 (diferenca në pH) = 177,48 mV, por nga 150 mV në 186 mV është një pjerrësi e pranueshme.
3. Matja e pH në mostra të vështira
Gjatë matjes së pH me elektrodë qelqi, mund të hasim disa vështirësi. Së pari, duhet të sigurohemi që elektroda të jetë mirëmbajtur siç duhet (pastruar, hidratuar, rimbushur) dhe kalibruar me buferë të freskët. Nëse problemet vazhdojnë, atëherë dizajni i elektrodës nuk është i përshtatshëm për matjen e pH në mostrën tonë. Disa nga problemet më të zakonshme janë:
- kur nuk ka rrjedhje të mjaftueshme të elektrolitit për shkak të vetive kimike/fizike të mostrës ose bllokimit të kryqëzimit,
- kur mostra është gjysmë e ngurtë ose e ngurtë,
- kur ka një përqendrim të konsiderueshëm të natriumit ose joneve të tjera alkaline,
- nëse kemi të bëjmë me një mostër me HF,
- nëse matim mostra me temperatura të larta/të ulëta ose
- kur ka zhurmë nga mjedisi.
Hanna Instruments ofron zgjidhje për të gjitha këto probleme të veçanta
3.1. Rrjedhja e ulët e elektrolitit
Shembujt:
- mostrat me përcjellshmëri të ulët (p.sh., ujë i pijshëm, mostra me më pak se 100 μS/cm)
- mostra me përcjellshmëri të lartë (p.sh., shëllirë, ujë deti, acide të forta, baza të forta)
- mostrat viskoze (p.sh., bojë, kozmetikë, pasta, emulsione)
Të kesh një rrjedhje të mjaftueshme të elektrolitit nga elektroda e referencës në kampion përmes kryqëzimit është thelbësore për marrjen e leximeve të qëndrueshme.
Në rastet kur elektroliti referencë dhe kampioni ndryshojnë shumë në përbërje, kjo rrjedhje është e kufizuar dhe një fenomen i quajtur potenciali i kryqëzimit ka një efekt të rëndësishëm në matje.
Elektrodat standarde kanë një lidhje qeramike që nuk siguron rrjedhje të mjaftueshme të elektrolitit kur matet pH i mostrave me përcjellshmëri të ulët, kampione me përcjellshmëri të lartë ose mostra viskoze. Duke përdorur elektroda me kryqëzime të shumta qeramike, shpejtësia e rrjedhjes rritet dhe leximet stabilizohen.
Hanna Instruments HI10530 elektrodë pH me lidhje të dyfishtë me një lidhje qeramike të trefishtë në kryqëzimin e jashtëm (Figura 7) është projektuar për matje të besueshme të pH në mostrat me përcjellshmëri të ulët dhe viskoze, duke shfaqur një shpejtësi të rrjedhës së elektrolitit prej 40 deri në 50 µL/orë (krahasuar me 15 deri në 20 µL/orë për një elektrodë standarde).
Për më tepër, lloji i xhamit me temperaturë të ulët me impedancë më të ulët përmirëson cilësinë e matjeve të pH në mostra të tilla.
Hanna Instruments HI10430 elektroda pH me kryqëzim të dyfishtë me bashkim të dyfishtë qeramike (Figura 8) është ideale për aplikime që përfshijnë mostra me përcjellshmëri të lartë ose mostra të përqendruara, që kanë shpejtësinë e rrjedhës së elektrolitit prej 30 deri në 40 µL/orë.
Sistemi i kryqëzimit të dyfishtë gjithashtu mbron elektrodën e referencës nga kontaminimi.
3.2. Kryqëzim i bllokuar
Shembujt:
- Mostrat “e pista” me përmbajtje të lartë të lëndëve të ngurta (p.sh., verë, lëngje, pure)
- yndyra
- përmbajtja e proteinave (p.sh., qumësht, mish, djathë dhe mostra të tjera ushqimore)
Ashtu si u diskutua më parë, rrjedhja e elektrolitit nga elektroda e referencës në mostra mbyll qarkun elektrik dhe bën të mundur matjet. Çdo bllokim i kryqëzimit do të rezultojë në lexime të çrregullta dhe të paqëndrueshme.
Mostrat “e pista” që kanë një përmbajtje të lartë të lëndëve të ngurta, yndyrave, proteinave etj. mund të bllokojnë shpejt nyjet e zakonshme të qeramikës dhe ta bëjnë elektrodën të papërdorshme.
Zgjedhja e një elektrode me një dizajn të veçantë kryqëzimi që është rezistent ndaj bllokimit (p.sh., sistemi i parandalimit të bllokimit ose kryqëzimi i hapur) zgjat jetëgjatësinë e elektrodës.
Elektroda pH Hanna Instruments HI1048 përmban teknologjinë e Sistemit të Parandalimit të Mbylljes (CPS) (Figura 9) është projektuar për analizën e pH të verës, mushtit dhe lëngut.
Teknologjia CPS përdor porozitetin e xhamit të bluar të shoqëruar me një mëngë PTFE për të parandaluar bllokimin e kryqëzimit.
Xhami i bluar lejon rrjedhjen e duhur të lëngut, ndërsa mënga PTFE largon trupat e ngurtë.
Një tjetër dizajn kryqëzimi i përshtatshëm për matjen e pH-it së mostrave me përmbajtje të lartë dherash është kryqëzimi i pëlhurës që tërhiqet.
Në këtë rast kryqëzimi mund të pastrohet thjesht. 3 mm e kryqëzimit.
Elektroda e pH Hanna Instruments FC214 (Figura 10) përmban kryqëzimin e pëlhurës dhe është ideale për analizën e puresë dhe lëngut në procesin e prodhimit të birrës.
Seria Hanna Instruments Foodcare dhe elektrodat e pH karakterizohen nga dizajni i kryqëzimit të hapur.
Në këtë lloj kryqëzimi, një ndërfaqe solide xheli (viskoleni) është midis mostrës dhe referencës së brendshme Ag/AgCl.
Kjo ndërfaqe e bën atë të papërshkueshëm nga bllokimi, duke rezultuar në një përgjigje të shpejtë dhe lexime të qëndrueshme.
Për më tepër, ky lloj kryqëzimi parandalon ndotjet e mostrave që janë thelbësore gjatë testimit të ushqimit.
3.3. Mostrat e ngurta dhe gjysëm të ngurta
Shembujt:
- mostra gjysmë të ngurta (p.sh., kos, djathë, mish, kremra, mostra dheu)
- mostra të ngurta (p.sh., lëkurë, letër)
Elektrodat konvencionale të pH në formë sferike janë projektuar për mostra ujore pasi ato ofrojnë një sipërfaqe të madhe për ndërveprimin e mostrës.
Me këtë lloj forme maje, megjithatë është e vështirë të depërtosh në kampione gjysmë të ngurtë ose të kontaktosh me mostra të ngurta. Elektrodat me majë në formë konike ose të sheshtë bëjnë të mundur matjen e drejtpërdrejtë.
Testimi i mostrave gjysmë të ngurta është bërë i lehtë me elektroda me majë në formë konike. Ky lloj dizajni i majës lejon depërtimin dhe matjen e drejtpërdrejtë të pH në mostra si kosi, djathi, mishi, kremrat, dheu etj.
Hanna Instruments ofron një larmi të madhe elektrodash në formë konike të dizajnuara për mostra specifike (Figura 11).
Figura 11: Elektroda Hanna Instruments
Në rastin e mostrave të ngurta, kur depërtimi në mostër nuk është i mundur, kontakti sipërfaqësor duhet të optimizohet duke përdorur një elektrodë me formë të sheshtë.
Elektroda Hanna Instruments HI1414 me majë në formë të sheshtë (Figura 12) është projektuar për matjet sipërfaqësore të pH në lëkurë, lëkurë, pllaka agar, letër, etj.
3.4. Mostrat me pH të lartë
Shembujt:
- mostra me pH më të lartë se 12 (p.sh., detergjentë, ujë me sapun, pastrues shtëpiak, baza të forta)
Xhami i ndjeshëm ndaj pH nuk është rreptësisht selektiv për jonet e hidrogjenit.
Jonet e alkaline, veçanërisht jonet e natriumit, gjithashtu mund të lidhen me sipërfaqen e qelqit, por me më pak forcë dhe në shumicën e rasteve nuk kanë një efekt të rëndësishëm në matjet e pH.
Në mostrat me pH të lartë, përqendrimi i joneve të hidrogjenit është shumë i vogël në krahasim me përqendrimin e joneve alkaline dhe sasia e joneve alkaline të ngjitur në sipërfaqen e qelqit bën ndryshime të rëndësishme në potencialin e leximit.
Prandaj, vlera e pH e shfaqur është më e ulët se sa është në të vërtetë. Dallimi midis vlerave teorike dhe atyre të matura quhet gabim alkalik.
Xhami i temperaturës së lartë të Hanna Instruments minimizon gabimin e alkalit në solucione shumë alkaline.
Në pH 13 në një tretësirë me përqendrim 1,0 M natriumi, gabimi alkalin për një temperaturë të lartë është 0,15 pH, në krahasim me 0,43 pH për xhamin me përdorim të përgjithshëm dhe mbi 0,79 pH për xhamin me temperaturë të ulët.
3.5. Mostrat me acid hidrofluorik
Shembujt:
- reagentët laboratorikë dhe standardet analitike që përmbajnë fluor
Acidi hidrofluorik mund të shpërndajë qelqin me shpejtësi. Elektroda Hanna Instruments HI1143 përdor xhamin rezistent ndaj HF për aplikime agresive që përfshijnë jone fluori (deri në 2 g/L).
Elektrodat e prodhuara në këtë mënyrë zgjasin dhjetë herë më shumë se elektrodat e bëra me formulime standarde të qelqit pH (nga 10 deri në 100 ditë). Për më tepër, dizajni i kryqëzimit të dyfishtë mbron ndotjen e elektrodës së referencës.
3.6. Mostrat me temperaturë të lartë/të ulët
Shembujt:
- ushqim i ftohur
- pasterizimi
- wort boil
Në temperatura të ulëta elektrodat me një xham me rezistencë të lartë do të japin sinjale shumë të zhurmshme dhe të çrregullta në temperaturë të ulët. Elektrodat Hanna Instruments me xham me temperaturë të ulët kanë rezistencë të ulët dhe mundësojnë matje të qëndrueshme në temperatura më të ulëta.
Megjithatë, në temperatura të larta, xhami mund të tretet lehtësisht, duke shkurtuar jetën dhe performancën e elektrodës. Elektrodat Hanna Instruments me xham të temperaturës së LARTË janë të dizajnuara për përdorim të zgjatur në temperatura të larta. Me rezistencë më të lartë, matjet e xhamit në temperatura të larta janë të sakta me kohë të shkëlqyera reagimi.
3.7. Mostrat me rryma elektrike
Shembujt:
- banjot galvanike
- kullat ftohëse
- boilerët
- pishinat
Rrymat elektrike në mostër mund të ndikojnë në tensionin referencë të gjysmëqelizës që lidhet nëpërmjet kryqëzimit të lëngut me kampionin. Në këtë rast, elektroda e referencës kap fushat elektromagnetike dhe matja e pH ndryshohet.
Një gjilpërë përputhëse është një teknikë matjeje diferenciale e përdorur për të eliminuar interferencat dhe shqetësimet e modalitetit të zakonshëm për një sistem matjeje, duke izoluar kështu fushat aktuale/magnetike nga elektroda e referencës. Hanna prodhon një numër modelesh me dizajne që përputhen për matje të sigurta të pH.
Ky problem mund të zgjidhet gjithashtu duke përdorur elektroda me trup titani (Figura 13). Trupi i titanit vepron si një kafaz Faraday dhe mbron pjesën e brendshme të elektrodës nga zhurma e jashtme.
Nuk jeni i sigurt se cila elektrodë do të ishte më e mira për mostrën tuaj?
Kontaktoni një specialist teknik Hanna në info@hannainstruments.al ose duke përdorur format tonë të kontaktit.
REFERENCAT:
- Jensen, William B. (2004). “The Symbol for pH” (PDF). Journal of Chemical Education.
- Harris C. Daniel (2010). Quantitative Chemical Analysis, 8th Edition. H. Freeman and Company, New York
With Great Product
Come Great Results
