A pH mérés alapelve
A kémiai reakciófolyamatok meghatározására ismert és ősi nulláram mérési módszer valószínűleg a pH mérés. Általánosságban elmondható, hogy a pH-mérés az oldat savasságának vagy lúgosságának meghatározására szolgál. Még a kémiailag tiszta víz is nyomokban disszociál, és az ionizációs egyenlete: H2O H2O=H3O-OH - (1) Tekintettel arra, hogy csak nagyon kis mennyiségű víz disszociál, a víz moláris koncentrációja Az ionok általában negatív hatványkitevő. Annak elkerülése érdekében, hogy a számításokhoz a moláris koncentráció negatív hatványkitevőjét használjuk, Sorensen biológus 1909-ben azt javasolta, hogy ezt a kényelmetlen értéket cseréljék le logaritmusra, és határozzák meg "pH-értékként". Matematikailag a pH-értéket az általánosan használt hidrogénion-koncentráció negatív logaritmusaként határozzuk meg. Vagyis pH=egy log [H]
(2) Az iontermék erős hőmérsékletfüggősége miatt a folyamatszabályozás pH-értékéhez szükséges az oldat hőmérsékleti jellemzőinek egyidejű ismerete. Csak akkor lehet pH-értékét összehasonlítani, ha a mért közeg azonos hőmérsékletű. A reprodukálható pH-érték elérése érdekében potenciometriás analízist alkalmazunk a pH mérésére. A potenciálelemzési módszerben használt elektródát primer akkumulátornak nevezzük. Ennek az akkumulátornak a feszültségét elektromotoros erőnek (EMF) nevezik. Ez az elektromotoros erő (EMF) két és fél akkumulátorból áll. Az egyik félcellát mérőelektródának nevezzük, és potenciálja egy adott ionaktivitáshoz kapcsolódik; A másik félcella egy referencia félcella, amelyet általában referenciaelektródának neveznek, és amely általában a mérőoldathoz és egy ipari pH-mérőhöz van csatlakoztatva. A szabványos hidrogénelektróda minden potenciálmérés referenciapontja. A szabványos hidrogénelektróda egy platinahuzal, amely platina-kloriddal van galvanizálva (bevonva), és hidrogéngázzal van körülvéve. A legismertebb és leggyakrabban használt pH indikátor elektróda az üvegelektróda. Ez egy üvegcső, amelynek végén pH-érzékeny üvegfólia van fújva. A csövet telített AgCI-t tartalmazó, 7-es pH-értékű KCI pufferoldattal töltjük meg. Az üvegfilm mindkét oldalán található potenciálkülönbség, amely a pH-értéket tükrözi, a Nernst-képletet követi: E=Eo. 1n [H3oq (3) n.] A képletben E a potenciál; E az elektróda szabványos feszültsége; R a gázállandó; T a Kelvin-hőmérséklet; F a Faraday-állandó; N a mért ion vegyértéke; [HO] a HO ion aktivitása. Amint az a fenti egyenletből látható, bizonyos kapcsolat van az E potenciál és a HO-ionok aktivitása és hőmérséklete között. Egy bizonyos hőmérsékleten az E potenciál mérésével ln [HO] számítható (log [HO]-ra konvertálva pH-t kapunk), ami a pH-detektálás alapelve. A Nernst-képletben a hőmérséklet, mint változó jelentős szerepet játszik. A hőmérséklet emelkedésével a potenciálérték is nő. Minden 1 fokos hőmérséklet-emelkedés esetén 0,2 mV/pH potenciálváltozást okoz. A pH értékkel kifejezve a pH-érték 0,0033 per LPH per I~C értékkel változik. Ez azt jelenti, hogy 20-30 fok és 7 pH körüli méréseknél nincs szükség a hőmérséklet-változások kompenzálására; 30 foknál nagyobb vagy 20 foknál alacsonyabb hőmérsékletű és 8-nál nagyobb vagy 6-nál kisebb pH-értékkel rendelkező alkalmazásoknál a hőmérsékletváltozásokat kompenzálni kell.
