Il principio della misurazione del pH, dispositivo e tipi di misuratori di pH

Per determinare rapidamente il livello di pH (in altre parole, il livello di acidità) di vari mezzi, vengono utilizzati i misuratori di pH. Acqua industriale o potabile, soluzione acida, salina o alcalina, sangue, urina e altri fluidi corporei, frutta, verdura e altri alimenti, farmaci, ecc. — in linea di principio, tutto può diventare l'oggetto della ricerca operativa del valore del pH.

La misurazione del PH è essenzialmente una misurazione dell'attività degli ioni idrogeno in un mezzo. E anche la stessa designazione pH è letteralmente tradotta dal latino "pondus Hydrogenii" come "peso dell'idrogeno".

Oggi i misuratori di pH sono ampiamente utilizzati in microbiologia e medicina, nel trattamento delle acque e nell'agrochimica, nella scienza del suolo, nell'idroponica, nella ricerca di laboratorio e sul campo, nell'industria chimica e alimentare, nell'acquariofilia e in molti altri luoghi.

Il moderno pHmetro consente di determinare con precisione e rapidità il valore del pH.Se il pH è 7, il mezzo è neutro, come l'acqua distillata, in cui gli ioni idrogeno positivi H + e gli ioni idrossido negativi OH- sono equamente divisi. Se l'acidità è superiore a 7, il mezzo è alcalino. Se il pH è inferiore a 7, il terreno è acido.

E sebbene i chimici siano sempre stati in grado di determinare l'acidità del mezzo con il metodo classico, utilizzando indicatori, ad esempio la fenolftaleina, tuttavia, in alcuni processi è semplicemente necessario quantificare accuratamente questo indicatore, e talvolta è necessario monitorare costantemente esso, per provvedere a correggerlo. Questo è ciò per cui sono stati inventati i misuratori di pH.

Il pHmetro è in realtà un millivoltmetro elettronico in quanto misura la differenza di potenziale attraverso il sistema elettrochimico di una coppia di elettrodi e il mezzo di prova in cui sono posti. È vero che la scala del dispositivo qui non è graduata in millivolt, ma in pH, poiché l'EMF misurato risulta essere proporzionale al pH.

Due elettrodi: un indicatore di vetro (gli ossidanti non hanno paura del vetro borosilicato) e cloruro d'argento - un elettrodo di riferimento aggiuntivo. L'elettrodo di vetro ha una resistenza molto elevata di decine di megaohm, e questo è solo il requisito di base: la resistenza della sonda non deve essere inferiore a 0,1 GΩ. Il pHmetro viene calibrato utilizzando soluzioni tampone a pH noto.

A causa del fatto che il valore EMF è influenzato dalla temperatura, ciascuno di questi dispositivi di misurazione ha una compensazione della temperatura per misurazioni a temperature diverse da + 25 ° C.Ma per ottenere una precisione molto elevata, è necessario misurare con precisione a una temperatura di + 25 ° C, motivo per cui molti pHmetri sono dotati di un termometro incorporato, in modo da poter seguire immediatamente la temperatura del fluido in il processo di ricerca.

L'elettrodo di vetro indicatore sotto forma di un tubo con una sfera a parete sottile all'estremità, realizzato in uno speciale vetro borosilicato elettricamente conduttivo, è essenzialmente collegato a un circuito elettrico. Il movimento di ioni H + positivi all'interno di un tale vetro consente di utilizzarlo (i cationi all'interno del vetro si muovono rispetto al polianione dell'acido silicico). Una sospensione di cloruro d'argento in una soluzione di acido cloridrico viene versata nella provetta, dopodiché vi viene immerso un filo d'argento: ecco come si ottiene un elettrodo di cloruro d'argento.

L'elettrodo di vetro viene abbassato nel mezzo di prova, il circuito elettrico viene chiuso inserendovi un elettrodo di riferimento aggiuntivo (pasta di calomelano di mercurio in soluzione di cloruro di potassio) (tramite un interruttore elettrolitico o direttamente). Il cloruro di potassio crea il contatto tra la porzione di mercurio-calomelano della cellula e il mezzo di prova. Questo elettrodo aggiuntivo è solitamente posto in una teca di vetro impermeabile agli ioni H+.

Il contatto conduttivo della soluzione di cloruro di potassio nell'elettrodo di riferimento con la soluzione di prova è formato da un filo sottile o capillare in una custodia di vetro.In questo modo, si ottiene una cella galvanica da un elettrodo di riferimento e un elettrodo di cloruro d'argento, e la parte elettrolitica della cella comprende una pellicola di vetro conduttiva e un ambiente di prova.

L'EMF del sistema di elettrodi viene misurato con un millivoltmetro, la sua scala è graduata in pH.Gli elettroni dall'elettrodo di cloruro d'argento vengono trasferiti all'elettrodo di riferimento sotto l'azione dell'EMF misurato, che è sempre accompagnato dal trasferimento di un numero uguale di protoni dall'interno dell'elettrodo di vetro al mezzo.

Se in questo caso prendiamo la concentrazione di ioni idrogeno positivi H + nella costante dell'elettrodo di vetro, allora l'EMF sarà una funzione dell'attività di H +, cioè una funzione del pH del mezzo in esame.

I moderni modelli di misuratori di pH funzionano grazie a microprocessori che eseguono la compensazione della temperatura e risolvono molte attività correlate. Più complesso è il dispositivo, più compiti può risolvere. La classe di precisione degli strumenti varia a seconda del modello ed è possibile selezionare un pHmetro adatto per diverse applicazioni.

Ci sono misuratori di pH domestici tascabili, ci sono laboratori professionali, fissi portatili e industriali. Alcuni misuratori di pH misurano la concentrazione di ioni nel mezzo, il contenuto di nitrati, ecc., hanno una memoria incorporata per memorizzare i risultati, la capacità di comunicare con un computer e la funzione di regolazione dei parametri attraverso un ciclo di feedback.