ความรู้เพิ่มเติม เกี่ยวกับ การวัดค่ากรด ด่าง pH measurement : pH meter

ความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการวัดค่า pH ( pH measurement System )

Why is pH important? ทำไมค่า pH ถึงสำคัญ

การวัดค่า ความเป็นกรด ด่าง ของของเหลว ค่า pH คือค่าที่ใช้วัดกันทั่วไปในมาตรฐานสากล โดยใช้กันการวัดคุณภาพน้ำในโรงงานอุตสาหกรรม อุตสาหกรรมเคมี  กระบวนการวิจัยและพัฒนา กระบวนการตรวจสอบบสภาพแวดล้อม การทดลองทางด้านเคมี กระบวนการผลิตทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ กระบวนการผลิตอาหาร และ อื่นๆอีกมากมาย

ตัวอย่าค่า pH ในกระบวนการของอุสาหกรรมต่างๆ และงานทั่วๆไป

<!--[if !supportEmptyParas]--> <!--[endif]-->

pH Theory ทฤษฎี pH

pH คือค่าที่ใช้ค่ากรด ด่าง กันอย่างกว้างขวาง ตั้งแต่  คศ.1900 โดย Dr.Soren Sorenson หน่วยที่ใช้วัดจะอธิบายถึงค่า Degree ของ ไฮโดรเจน (Hydrogen, H) Ion activity in a solution

<!--[if !supportEmptyParas]--> <!--[endif]-->

pH Measurement : การวัดค่า pH : pH meter

pH คือค่าที่ถูกวัดในตัวกลาง กระดาษ litmus คือสิ่งหนึ่งที่ถูกใช้วัดค่า pH กันอย่างกว้างขวาง สำหรับการวัดค่า pH (pHซึ่งมันสามารถบอกค่าคร่าวๆแสดงออกมาซึ่งอาจจะเหมาะกับงานที่ต้องการความแม่นยำไม่สูงมาก measurement)

ส่วนเครื่องมือที่วัดค่าที่ทำให้มีความแม่นยำมากขึ้น ประกอบด้วย pH Meter และ pH Electrode ซึ่งมี Hydrogen ion sensitive glass bulb โดยตัวที่ใช้ในการตรวจวัดใน อิเล็กโทรด ( Electrode ) คือ Glass Membrane คือมันจะเลือกค่า H+ ions โดย H+ ions สามารถผ่านทะลุ Glass Membrane แต่อย่างไรก็ตามวัสดุที่ใช้ทำ พีเอช อิเล็กโทรด pH Electrodeไม่จำเป็นต้องเป็นแก้ว Glass การเคลื่อนตัวของ Ion ผ่าน Membrane ซึ่งมันจะให้ผลิต แรงดันไฟฟ้า Voltage (V) โดยจะถูกวัดออกมาเป็น mV ซึ่งจะถึงเปลียนเป็นค่า pH โดย พีเอช มิเตอร์ pH meter ดังนั้นค่า mV และ pH จึงขึ้นอยู่กับ concentration ความเข้มข้นของ ions ในของเหลว โดยประสิทธิภาพของ อิเล็กโทรด Electrode จะขึ้นอยู่กับ 2 ค่า คือ ค่า Offset และ ค่า Slope

<!--[if !supportEmptyParas]--> <!--[endif]-->

ค่า Offset ใน พีเอช อิเล็กโทรด pH Electrode

ตามทฤฎีนั้น เมื่อเราวัดค่าตัวอย่างที่มีค่า พีเอช pH 7.00 ( pH 7 Buffer Solution ) ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส พีเอช อิเล็กโทรด pH Electrode จะผลิตค่าแรงดันไฟฟ้าออกมา 0 mV ซึ่ง พีเอช มิเตอร์ pH meter จะอ่านค่าออกมาได้ 7.00 pHโดยค่าความแตกต่างของ 0 mV ที่ พีเอช อิเล็กโทรด ผลิตขึ้นมาเมื่อวัดค่าตัวอย่างที่มีค่า พีเอช pH 7.00 ที่ ( pH 7 Buffer Solution ) 25 องศาเซลเซียส เรียกว่า Offset Error โดยสามารถสูงได้ถึง +/- 25 mV ในขณะที่ทฤฎี ค่า mV ควรจะเท่ากับศูนย์  แต่อย่างไรก็ตามในการปฏิบัติมันเป็นไปได้ยากที่ พีเอช อิเล็กโทรด ผลิตค่า mV เท่ากับศูนย์ ซึ่งทำให้ พีเอช มิเตอร์ pH Meter อ่านค่าผิดพลาดด้วย ซึ่งเหตุผลที่ทำให้ พีเอช อิเล็กโทรด pH Electrodeผลิตค่าผิดพลาดคือความแตกต่าวของตัวอย่าง

Bulb Composition Wire Geometry Difference and other factors ในทางปฏิบัติ เป็นไปได้ยากมากที่จะทำให้ค่า Offset เป็น ศูนย์ ใน พีเอช อิเล็กโทรด ดังนั้น พีเอช มิเตอร์ pH meter บางรุ่น จึงมีการออกแบบให้สามารถ Calibrate ค่า Offset นี้ได้

Introduction to pH and pH Measurement :  pH meter

Definition

The pH of a solution measures the degree of acidity or alkalinity relative to the ionization of water

sample. Pure water dissociates to yield 10-7 M of [H+] and [OH-] at 25 oC; thus, the pH of water is

neutral i.e. 7.

pHwater = - log [H+] = - log 10-7 = 7

Most pH readings range from 0 to 14. Solutions with a higher [H+] than water (pH less than 7) are acidic;

solutions with a lower [H+] than water (pH greater than 7) are basic or alkaline.

pH Measurement

Measuring pH involves comparing the potential of solutions with unknown [H+] to a known reference

potential. pH meters convert the voltage ratio between a reference half-cell and a sensing half-cell to pH

values.

In acidic or alkaline solutions, the voltage on the outer membrane surface changes proportionally to

changes in [H+]. The pH meter detects the change in potential and determines [H+] of the unknown by

the Nernst equation:

E = Eo + (2.3RT)/nF log {unknown [H+]/internal [H+]}

where: E = total potential difference (measured in mV); Eo = reference potential; R = gas constant; T =

temperature in Kelvin; n = number of electrons; F = Faraday's constant; [H+] = hydrogen ion

concentration.

pH Temperature Compensation

The pH of any solution is a function of its temperature. Voltage output from the electrode changes

linearly in relationship to changes in pH, and the temperature of the solution determines the slope of the

graph. One pH unit corresponds to 59.16 mV at 25 °C, the standard voltage and temperature to which

all calibrations are referenced. The electrode voltage decreases to 54.20 mV/pH unit at 0.0 °C and

increases to 74.04 mV/pH unit at 100.0 °C.

Since pH values are temperature dependent, pH applications require some form of temperature

compensation to ensure standardized pH values. Meters and controllers with automatic temperature

compensation (ATC) receive a continuous signal from a temperature element and automatically correct

the pH value based on the temperature of the solution. Manual temperature compensation requires the

user to enter the temperature of the solution in order to correct pH readings for temperature. ATC is

considered to be more practical for most pH applications. pH meter

pH System

A successful pH reading is dependent upon all components of the system being operational. Problems

with any one of the three: electrode, meter or buffer will yield poor readings.

Electrodes: A pH electrode consists of two half-cells; an indicating electrode and a reference electrode.

Most applications today use a combination electrode with both half cells in one body. Over 90% of pH

measurement problems are related to the improper use, storage or selection of electrodes.

Meters: A pH meter is a sophisticated volt meter capable of reading small millivolt changes from the pH

electrode system. The meter is seldom the source of problems for pH measurements. Today pH meters

have temperature compensation (either automatic or manual) to correct for variations in slope caused

by changes in temperature. Microprocessor technology has created many new convenience features for

pH measurement; auto-buffer recognition, calculated slope and % efficiency, log tables for

concentration of ions and more.

Buffers: These solutions of known pH value allow the user to adjust the system to read accurate

measurements. For best accuracy:

�� Standardization should be performed with fresh buffer solutions.

�� Buffer used should frame the range of pH for the samples being tested.

�� Buffers should be at the same temperature as the samples. (For example: if all your samples are

at 50 °C, warm your buffers to 50 °C using a beaker in a warm bath.)

<!--[if !supportEmptyParas]-->Buffer values are dependent upon temperature.

pH meter