1. Máy đo pH là gì?
Máy đo pH là một dụng cụ khoa học đo hoạt động của ion hydro trong các dung dịch gốc nước , cho biết độ axit hoặc độ kiềm được biểu thị bằng pH . [2] Máy đo pH đo sự khác biệt về điện thế giữa điện cực pH và điện cực tham chiếu, do đó máy đo pH đôi khi được gọi là "máy đo pH điện thế". Sự khác biệt về điện thế liên quan đến độ axit hoặc pH của dung dịch. [3] Kiểm tra độ pH thông qua máy đo pH ( pH-metry ) được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, từthí nghiệm trong phòng thí nghiệm để kiểm soát chất lượng .
2. Các ứng dụng của máy đo pH
Tốc độ và kết quả của các phản ứng hóa học diễn ra trong nước thường phụ thuộc vào độ axit của nước, và do đó, rất hữu ích khi biết độ axit của nước, thường được đo bằng máy đo pH. [5] Kiến thức về độ pH rất hữu ích hoặc quan trọng trong nhiều tình huống, bao gồm cả phân tích trong phòng thí nghiệm hóa học . Máy đo pH được dùng để đo đất trong nông nghiệp , chất lượng nước cấp nước đô thị , bể bơi , xử lý môi trường ; nấu rượu, bia; sản xuất , chăm sóc sức khỏe và các ứng dụng lâm sàng như hóa học máu; và nhiều ứng dụng khác.
Những tiến bộ trong thiết bị và trong phát hiện đã mở rộng số lượng ứng dụng trong đó có thể tiến hành đo pH. Các thiết bị đã được thu nhỏ , cho phép đo trực tiếp độ pH bên trong tế bào sống . [6] Ngoài việc đo độ pH của chất lỏng, còn có các điện cực được thiết kế đặc biệt để đo độ pH của các chất bán rắn, chẳng hạn như thực phẩm. Chúng có các đầu phù hợp để chọc thủng chất bán rắn, có vật liệu điện cực tương thích với các thành phần trong thực phẩm và có khả năng chống tắc nghẽn.
3. Thiết kế và sử dụng
3.1 Nguyên lý hoạt động
Máy đo pH điện thế đo hiệu điện thế giữa hai điện cực và hiển thị kết quả được chuyển đổi thành giá trị pH tương ứng. Chúng bao gồm một bộ khuếch đại điện tử đơn giản và một cặp điện cực, hoặc một điện cực kết hợp khác, và một số dạng màn hình được hiệu chỉnh theo đơn vị pH. Nó thường có một điện cực thủy tinh và một điện cực tham chiếu hoặc điện cực kết hợp. Các điện cực hoặc đầu dò được đưa vào dung dịch cần kiểm tra. [8] Máy đo pH cũng có thể dựa trên điện cực antimon (thường được sử dụng cho các điều kiện khắc nghiệt) hoặc điện cực quinhydrone .
Để đo chính xác hiệu điện thế giữa hai mặt của điện cực tham chiếu màng thủy tinh , thông thường cần có điện cực bạc clorua hoặc điện cực calomel ở mỗi bên của màng. Mục đích của họ là đo lường những thay đổi về tiềm năng ở phía tương ứng của họ. Một cái được tích hợp vào điện cực thủy tinh. Cái còn lại, tiếp xúc với dung dịch thử thông qua nút xốp, có thể là điện cực tham chiếu riêng biệt hoặc có thể được tích hợp vào điện cực kết hợp. Điện áp thu được sẽ là hiệu điện thế giữa hai mặt của màng thủy tinh có thể được bù trừ bởi một số khác biệt giữa hai điện cực tham chiếu, có thể được bù cho. Bài viết về điện cực thủy tinhcó một mô tả tốt và con số.
Thiết kế của các điện cực là phần quan trọng: Đây là những cấu trúc dạng que thường được làm bằng thủy tinh, với một bầu chứa cảm biến ở phía dưới. Điện cực thủy tinh để đo độ pH có bầu thủy tinh được thiết kế đặc biệt để chọn lọc nồng độ ion hydro. Khi nhúng vào dung dịch cần thử, các ion hydro trong dung dịch thử sẽ trao đổi với các ion tích điện dương khác trên bầu thủy tinh, tạo ra một thế điện hóa trên bầu. Bộ khuếch đại điện tử phát hiện sự khác biệt về điện thế giữa hai điện cực được tạo ra trong phép đo và chuyển đổi sự khác biệt về điện thế thành đơn vị pH. Độ lớn của thế điện hóa trên bầu thủy tinh có quan hệ tuyến tính với độ pH theo phương trình Nernst .
Điện cực tham chiếu không nhạy cảm với độ pH của dung dịch, bao gồm một dây dẫn kim loại, kết nối với màn hình. Dây dẫn này được ngâm trong dung dịch điện phân, điển hình là kali clorua, tiếp xúc với dung dịch thử qua màng gốm xốp. [9] Màn hình bao gồm một vôn kế , hiển thị điện áp theo đơn vị pH.
Khi nhúng điện cực thủy tinh và điện cực tham chiếu vào dung dịch thử nghiệm, một mạch điện được hoàn thành, trong đó có một hiệu điện thế được tạo ra và phát hiện bởi vôn kế. Mạch có thể được coi là đi từ phần tử dẫn điện của điện cực tham chiếu đến dung dịch kali-clorua xung quanh, qua màng gốm đến dung dịch thử, thủy tinh chọn lọc ion hydro của điện cực thủy tinh, đến dung dịch bên trong điện cực thủy tinh, đến bạc của điện cực thủy tinh, và cuối cùng là vôn kế của thiết bị hiển thị. [9]Điện áp thay đổi từ dung dịch thử này sang dung dịch thử khác tùy thuộc vào sự khác biệt tiềm năng được tạo ra bởi sự khác biệt về nồng độ ion hydro ở mỗi bên của màng thủy tinh giữa dung dịch thử và dung dịch bên trong điện cực thủy tinh. Tất cả các chênh lệch điện thế khác trong mạch không thay đổi theo pH và được hiệu chỉnh bằng phương pháp hiệu chuẩn.
Để đơn giản, nhiều máy đo pH sử dụng đầu dò kết hợp, được chế tạo bằng điện cực thủy tinh và điện cực tham chiếu có trong một đầu dò duy nhất. Mô tả chi tiết về điện cực kết hợp được đưa ra trong bài báo về điện cực thủy tinh .
Máy đo pH được hiệu chuẩn bằng các dung dịch có độ pH đã biết, thường là trước mỗi lần sử dụng, để đảm bảo độ chính xác của phép đo. [11] Để đo độ pH của dung dịch, các điện cực được sử dụng làm đầu dò, được nhúng vào dung dịch thử và giữ ở đó đủ lâu để các ion hydro trong dung dịch thử cân bằng với các ion trên bề mặt của bóng đèn . điện cực thủy tinh. Sự cân bằng này cung cấp phép đo pH ổn định.
3.2 Thiết kế điện cực pH và điện cực tham chiếu
Các chi tiết về quá trình chế tạo và vi cấu trúc thu được của màng thủy tinh của điện cực pH được các nhà sản xuất giữ bí mật thương mại . [13] : 125 Tuy nhiên, một số khía cạnh của thiết kế đã được xuất bản. Thủy tinh là chất điện phân rắn, trong đó các ion kim loại kiềm có thể mang dòng điện. Màng thủy tinh nhạy cảm với pH thường có dạng hình cầu để đơn giản hóa việc sản xuất màng đồng nhất. Các màng này có độ dày lên tới 0,4 mm, dày hơn so với thiết kế ban đầu, để làm cho đầu dò bền hơn. Thủy tinh có chức năng hóa học silicat trên bề mặt của nó, cung cấp các vị trí liên kết cho các ion kim loại kiềm và ion hydro từ các dung dịch. Điều này cung cấp khả năng trao đổi ion trong khoảng 10 −6đến 10 −8 mol/cm 2 . Tính chọn lọc đối với các ion hydro (H + ) phát sinh từ sự cân bằng về điện tích ion, yêu cầu về thể tích so với các ion khác và số phối trí của các ion khác. Các nhà sản xuất điện cực đã phát triển các chế phẩm cân bằng phù hợp các yếu tố này, đáng chú ý nhất là thủy tinh lithium.
Điện cực bạc clorua được sử dụng phổ biến nhất làm điện cực tham chiếu trong máy đo pH, mặc dù một số thiết kế sử dụng điện cực calomel bão hòa . Điện cực bạc clorua được sản xuất đơn giản và mang lại khả năng lặp lại cao . Điện cực tham chiếu thường bao gồm một dây bạch kim có tiếp xúc với hỗn hợp bạc/bạc clorua, được ngâm trong dung dịch kali clorua. Có một phích cắm bằng gốm, đóng vai trò tiếp xúc với dung dịch thử nghiệm, mang lại điện trở thấp đồng thời ngăn cản sự trộn lẫn của hai dung dịch.
Với những thiết kế điện cực này, vôn kế đang phát hiện sự khác biệt tiềm năng ±1400 millivolt. [14] Các điện cực được thiết kế thêm để nhanh chóng cân bằng với các dung dịch thử nghiệm nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng . Thời gian cân bằng thường ít hơn một giây, mặc dù thời gian cân bằng tăng lên khi điện cực già đi.
3.3 Bảo trì
Do độ nhạy của các điện cực đối với chất gây ô nhiễm, độ sạch của đầu dò là điều cần thiết để đạt được độ chính xác và chính xác . Đầu dò thường được giữ ẩm khi không sử dụng với môi trường thích hợp cho đầu dò cụ thể, thường là dung dịch nước có sẵn từ các nhà sản xuất đầu dò. [11] [15] Các nhà sản xuất đầu dò cung cấp hướng dẫn làm sạch và bảo trì thiết kế đầu dò của họ. [11]Để minh họa, một nhà sản xuất pH cấp phòng thí nghiệm đưa ra hướng dẫn làm sạch đối với các chất gây ô nhiễm cụ thể: làm sạch chung (ngâm 15 phút trong dung dịch thuốc tẩy và chất tẩy rửa), muối (dung dịch axit clohydric sau đó là natri hydroxit và nước), dầu mỡ (chất tẩy rửa hoặc metanol), mối nối tham chiếu bị tắc (dung dịch KCl), cặn protein (pepsin và HCl, dung dịch 1%) và bọt khí. [15] [16]
3.4 Hiệu chuẩn và vận hành
5,739 pH/Ion ở nhiệt độ 23 °C như trên ảnh. Máy đo pH pH 7110 do inoLab sản xuất
Viện Tiêu chuẩn hóa Đức công bố tiêu chuẩn đo pH bằng máy đo pH, DIN 19263.
Các phép đo rất chính xác đòi hỏi máy đo pH phải được hiệu chuẩn trước mỗi phép đo. Hiệu chuẩn thông thường hơn được thực hiện một lần mỗi ngày hoạt động. Cần hiệu chuẩn vì điện cực thủy tinh không tạo ra điện thế tĩnh điện có thể tái tạo trong thời gian dài hơn.
Phù hợp với các nguyên tắc thực hành tốt trong phòng thí nghiệm , việc hiệu chuẩn được thực hiện với ít nhất hai dung dịch đệm tiêu chuẩn nằm trong phạm vi giá trị pH cần đo. Đối với các mục đích chung, dung dịch đệm ở pH 4,00 và pH 10,00 là phù hợp. Máy đo pH có một bộ điều khiển hiệu chuẩn để đặt giá trị đọc của máy đo bằng với giá trị của dung dịch đệm tiêu chuẩn thứ nhất và một bộ điều khiển thứ hai để điều chỉnh giá trị đọc của máy đo theo giá trị của dung dịch đệm thứ hai. Điều khiển thứ ba cho phép cài đặt nhiệt độ. Gói đệm tiêu chuẩn, có sẵn từ nhiều nhà cung cấp, thường ghi lại sự phụ thuộc vào nhiệt độcủa bộ điều khiển đệm. Các phép đo chính xác hơn đôi khi yêu cầu hiệu chuẩn ở ba giá trị pH khác nhau. Một số máy đo pH cung cấp hiệu chỉnh hệ số nhiệt độ tích hợp, với cặp nhiệt điện nhiệt độ trong đầu dò điện cực. Quá trình hiệu chuẩn tương quan giữa điện áp do đầu dò tạo ra (khoảng 0,06 vôn trên mỗi đơn vị pH) với thang đo pH. Thực hành tốt trong phòng thí nghiệm quy định rằng, sau mỗi lần đo, các đầu dò được rửa sạch bằng nước cất hoặc nước khử ion để loại bỏ bất kỳ dấu vết nào của dung dịch được đo, thấm bằng khăn lau khoa học để hấp thụ nước còn lại, có thể làm loãng mẫu và do đó làm thay đổi kết quả đo. đọc, sau đó ngâm trong dung dịch bảo quản phù hợp với loại đầu dò cụ thể.
4. Các loại máy đo pH
Nói chung có ba loại máy đo pH chính. Máy đo pH để bàn thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm và được sử dụng để đo các mẫu được đưa đến máy đo pH để phân tích. Máy đo pH cầm tay, hay máy đo pH tại hiện trường, là máy đo pH cầm tay được sử dụng để lấy độ pH của mẫu tại hiện trường hoặc địa điểm sản xuất. [19] Máy đo pH nội tuyến hoặc tại chỗ, còn được gọi là máy phân tích pH, được sử dụng để đo pH liên tục trong một quy trình và có thể hoạt động độc lập hoặc được kết nối với hệ thống thông tin cấp cao hơn để kiểm soát quy trình.
Máy đo pH bao gồm từ các thiết bị giống như bút đơn giản và rẻ tiền đến các dụng cụ phòng thí nghiệm phức tạp và đắt tiền với giao diện máy tính và một số đầu vào cho các phép đo chỉ thị và nhiệt độ được nhập vào để điều chỉnh sự thay đổi độ pH do nhiệt độ gây ra. Đầu ra có thể là kỹ thuật số hoặc tương tự và các thiết bị có thể chạy bằng pin hoặc dựa vào nguồn điện . Một số phiên bản sử dụng phép đo từ xa để kết nối các điện cực với thiết bị hiển thị vôn kế.
Máy đo và đầu dò chuyên dụng có sẵn để sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt, chẳng hạn như môi trường khắc nghiệt [21] và môi trường vi mô sinh học. [6] Ngoài ra còn có cảm biến pH ba chiều, cho phép đo pH bằng phương pháp so màu , sử dụng nhiều loại chỉ thị pH có sẵn. [22] Ngoài ra, có các máy đo pH bán sẵn trên thị trường dựa trên các điện cực trạng thái rắn , thay vì các điện cực thủy tinh thông thường.
5. Lịch sử máy đo pH
Khái niệm về pH được SPL Sørensen định nghĩa vào năm 1909 và các điện cực được sử dụng để đo pH vào những năm 1920.
Vào tháng 10 năm 1934, Arnold Orville Beckman đã đăng ký bằng sáng chế đầu tiên cho một dụng cụ hóa học hoàn chỉnh để đo độ pH, Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 2.058.761, cho "máy đo độ axit" của ông, sau này được đổi tên thành máy đo độ pH. Beckman đã phát triển nguyên mẫu với tư cách là trợ lý giáo sư hóa học tại Viện Công nghệ California , khi được yêu cầu nghĩ ra một phương pháp nhanh chóng và chính xác để đo độ axit của nước chanh cho Sàn giao dịch người trồng trái cây California ( Sunkist ).
Vào ngày 8 tháng 4 năm 1935, Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Quốc gia được đổi tên thành Beckman tập trung vào sản xuất các dụng cụ khoa học, với Công ty Arthur H. Thomas là nhà phân phối máy đo pH của công ty. [25] : 131–135 Trong năm bán hàng đầu tiên, năm 1936, công ty đã bán được 444 máy đo pH với doanh thu 60.000 USD. [26] Trong những năm tới, công ty đã bán được hàng triệu chiếc. [27] [28] Năm 2004, máy đo pH Beckman được chỉ định là Di tích Lịch sử Hóa học Quốc gia ACS để ghi nhận tầm quan trọng của nó với tư cách là máy đo pH điện tử thành công về mặt thương mại đầu tiên.
Tập đoàn Radiometer của Đan Mạch được thành lập vào năm 1935 và bắt đầu tiếp thị máy đo pH dùng trong y tế vào khoảng năm 1936, nhưng "việc phát triển máy đo pH tự động cho mục đích công nghiệp đã bị bỏ quên. Thay vào đó, các nhà sản xuất thiết bị của Mỹ đã phát triển thành công máy đo pH công nghiệp với phạm vi rộng nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như trong các nhà máy bia, sản xuất giấy, xử lý phèn và hệ thống xử lý nước.
Vào những năm 1940, các điện cực của máy đo pH thường rất khó chế tạo hoặc không đáng tin cậy do thủy tinh giòn. Tiến sĩ Werner Ingold bắt đầu công nghiệp hóa việc sản xuất các tế bào đo một thanh, sự kết hợp giữa phép đo và điện cực tham chiếu trong một đơn vị cấu trúc, [29] dẫn đến sự chấp nhận rộng rãi hơn trong nhiều ngành công nghiệp bao gồm cả sản xuất dược phẩm. [30]
Beckman đã tiếp thị "Máy đo pH bỏ túi" di động vào đầu năm 1956, nhưng nó không có đầu đọc kỹ thuật số. [31] Vào những năm 1970, Jenco Electronics của Đài Loan đã thiết kế và sản xuất máy đo pH kỹ thuật số cầm tay đầu tiên. Đồng hồ này được bán dưới nhãn hiệu của Tập đoàn Cole-Parmer .
6. Xây dựng máy đo pH
Các điện cực cần được sản xuất chuyên biệt và các chi tiết về thiết kế cũng như cấu tạo của chúng thường là bí mật thương mại. [13] : 125 Tuy nhiên, khi mua các điện cực phù hợp, bạn có thể sử dụng đồng hồ vạn năng tiêu chuẩn để hoàn thiện cấu tạo của máy đo pH. [33] Tuy nhiên, các nhà cung cấp thương mại cung cấp màn hình vôn kế giúp đơn giản hóa việc sử dụng, bao gồm hiệu chuẩn và bù nhiệt độ.
7. Mua máy đo pH ở đâu?
Huuhao TSE là đơn vị hàng đầu chuyên phân phối máy đo pH như: Máy đo pH để bàn, Máy đo pH cầm tay, Máy đo pH onlile, .. của các hãng sản xuất hàng đầu thế giới như: pH Hanna, pH mettler toledo, ...
0782.496.769
congtyhuuhao2@gmail.com