Le principe de la mesure du pH, appareil et types de pH-mètres
Pour déterminer rapidement le niveau de pH (en d'autres termes, le niveau d'acidité) de divers milieux, des pH-mètres sont utilisés. Eau industrielle ou potable, solution acide, salée ou alcaline, sang, urine et autres fluides corporels, fruits, légumes et autres denrées alimentaires, médicaments, etc. — en principe, tout peut faire l'objet d'une recherche opérationnelle sur la valeur du pH.
La mesure du PH est essentiellement une mesure de l'activité des ions hydrogène dans un milieu. Et même la désignation pH elle-même est littéralement traduite du latin "pondus Hydrogenii" par "poids d'hydrogène".
Aujourd'hui, les pH-mètres sont largement utilisés en microbiologie et en médecine, en traitement de l'eau et en agrochimie, en science du sol, en hydroponie, en recherche en laboratoire et sur le terrain, dans les industries chimiques et alimentaires, en aquariophilie et dans de nombreux autres endroits.
Le pH-mètre moderne vous permet de déterminer précisément et rapidement la valeur du pH.Si le pH est de 7, le milieu est neutre, comme l'eau distillée, dans lequel les ions hydrogène positifs H+ et les ions hydroxydes négatifs OH- sont également répartis. Si l'acidité est supérieure à 7, alors le milieu est alcalin. Si le pH est inférieur à 7, le milieu est acide.
Et bien que les chimistes aient toujours été en mesure de déterminer l'acidité du milieu par la méthode classique, en utilisant des indicateurs, par exemple la phénolphtaléine, néanmoins, dans certains procédés, il est simplement nécessaire de quantifier avec précision cet indicateur, et parfois il est nécessaire de surveiller en permanence il, pour s'arranger pour le corriger. C'est pour cela que les pH-mètres ont été inventés.
Le pH-mètre est en fait un millivoltmètre électronique car il mesure la différence de potentiel entre le système électrochimique d'une paire d'électrodes et le milieu de test dans lequel elles sont placées. Il est vrai que l'échelle de l'appareil est graduée ici non pas en millivolts, mais en pH, puisque la FEM mesurée s'avère être proportionnelle au pH.
Deux électrodes : un indicateur de verre (les oxydants n'ont pas peur du verre borosilicaté) et du chlorure d'argent — une électrode de référence supplémentaire. L'électrode de verre a une résistance très élevée de dizaines de mégohms, et ce n'est que l'exigence de base - la résistance de la sonde ne doit pas être inférieure à 0,1 GΩ. Le pH-mètre est calibré à l'aide de solutions tampons de pH connu.
En raison du fait que la valeur EMF est affectée par la température, chacun de ces appareils de mesure dispose d'une compensation de température pour les mesures à des températures autres que + 25 ° C.Mais pour obtenir une très grande précision, il est nécessaire de mesurer avec précision à une température de + 25 ° C, c'est pourquoi de nombreux pH-mètres sont équipés d'un thermomètre intégré, vous pouvez donc suivre immédiatement la température du milieu dans le processus de recherche.
L'électrode de verre indicatrice sous la forme d'un tube avec une boule à paroi mince à l'extrémité, constituée d'un verre borosilicaté électriquement conducteur spécial, est essentiellement connectée à un circuit électrique. Le mouvement des ions positifs H+ à l'intérieur d'un tel verre permet de l'utiliser (les cations à l'intérieur du verre se déplacent par rapport au polyanion de l'acide silicique). Une suspension de chlorure d'argent dans une solution d'acide chlorhydrique est versée dans le tube à essai, après quoi un fil d'argent y est plongé - c'est ainsi qu'une électrode de chlorure d'argent est obtenue.
L'électrode de verre est abaissée dans le milieu de test, le circuit électrique est fermé en y plaçant une électrode de référence supplémentaire (pâte de mercure-calomel dans une solution de chlorure de potassium) (via un interrupteur électrolytique ou directement). Le chlorure de potassium crée un contact entre la partie mercure-calomel de la cellule et le milieu d'essai. Cette électrode supplémentaire est généralement placée dans un boîtier en verre imperméable aux ions H + .
Le contact conducteur de la solution de chlorure de potassium dans l'électrode de référence avec la solution d'essai est formé en raison d'un fil fin ou d'un capillaire dans un boîtier en verre. De cette manière, une cellule galvanique est obtenue à partir d'une électrode de référence et d'une électrode de chlorure d'argent, et la partie électrolyte de la cellule comprend un film de verre conducteur et un environnement de test.
La FEM du système d'électrodes est mesurée avec un millivoltmètre, son échelle est graduée en pH.Les électrons de l'électrode de chlorure d'argent sont transférés vers l'électrode de référence sous l'action de la FEM mesurée, qui s'accompagne toujours du transfert d'un nombre égal de protons de l'intérieur de l'électrode de verre vers le milieu.
Si dans ce cas on prend la concentration en ions hydrogène positifs H+ dans la constante de l'électrode de verre, alors la FEM sera fonction de l'activité de H+, c'est-à-dire fonction du pH du milieu étudié.
Les modèles modernes de pH-mètres fonctionnent grâce à des microprocesseurs qui effectuent une compensation de température et résolvent de nombreuses tâches connexes. Plus l'appareil est complexe, plus il peut résoudre de tâches. La classe de précision des instruments varie selon le modèle et un pH-mètre approprié peut être sélectionné pour différentes applications.
Il existe des pH-mètres domestiques de poche, des laboratoires professionnels, des portables et des fixes industriels. Certains pH-mètres mesurent la concentration d'ions dans le milieu, la teneur en nitrates, etc., ont une mémoire intégrée pour stocker les résultats, la possibilité de communiquer avec un ordinateur et la fonction de réglage des paramètres via une boucle de rétroaction.