PH метр - PH meter

Бекман моделі M рН өлшегіш, 1937 ж[1]
Бекман моделі 72 рН метр, 1960 ж
781 pH / Ion Meter рН өлшеуіші Metrohm

A рН метрі Бұл ғылыми құрал бұл өлшейді сутегі-ион белсенділік жылы су негізіндегі ерітінділер, оны көрсете отырып қышқылдық немесе сілтілік ретінде көрсетілген рН.[2] РН өлшегіші айырмашылықты өлшейді электрлік потенциал рН электрод пен эталондық электрод арасында, сондықтан рН өлшеуішті кейде «потенциометриялық рН өлшегіш» деп атайды. Электрлік потенциалдың айырмашылығы ерітіндінің қышқылдығына немесе рН-на қатысты.[3] РН өлшегіші көптеген қосымшаларда қолданылады зертханалық эксперимент дейін сапа бақылауы.[4]

Қолданбалар

Суда жүретін химиялық реакциялардың жылдамдығы мен нәтижесі көбінесе судың қышқылдығына байланысты болады, сондықтан рН-метрмен өлшенетін судың қышқылдығын білу пайдалы.[5] РН туралы білім көптеген жағдайларда пайдалы немесе өте маңызды, соның ішінде химиялық зертхана талдайды. рН өлшеуіштері қолданылады топырақ өлшемдер ауыл шаруашылығы, судың сапасы үшін муниципалды су жабдықтар, бассейндер, қоршаған ортаны қалпына келтіру; қайнату шарап немесе сыра; өндіріс сияқты денсаулық сақтау және клиникалық қосымшалар қан химиясы; және көптеген басқа қосымшалар.[4]

Аспаптардағы жетістіктер және анықтау рН өлшемдерін жүргізуге болатын қосымшалар санын кеңейтті. Құрылғылар болды кішірейтілген, ішіндегі рН-ны тікелей өлшеуге мүмкіндік береді тірі жасушалар.[6] Сұйықтықтың рН өлшеуінен басқа, жартылай қатты заттардың рН-ын өлшеу үшін арнайы жасалған электродтар бар, мысалы, тамақ өнімдері. Бұларда жартылай қатты бөлшектерді тесуге ыңғайлы кеңестер бар, тамақ құрамындағы ингредиенттермен үйлесімді электродты материалдар бар және бітелуге төзімді.[7]

Дизайн және қолдану

Зертханада ерте Бекманның рН өлшеуішін қолдану

Жұмыс принципі

Потенциометриялық рН өлшегіштер екі электрод арасындағы кернеуді өлшейді және нәтижені сәйкес рН мәніне айналдырады. Олар қарапайым электронды күшейткішті және жұп электродты немесе балама түрде аралас электродты және рН бірліктерімен калибрленген дисплейдің кейбір түрін қамтиды. Әдетте шыны электрод және а анықтамалық электрод немесе аралас электрод. Электродтар немесе зондтар тексерілетін ерітіндіге енгізіледі.[8]

Электродтардың дизайны негізгі бөлік болып табылады: Бұл әдетте шыныдан жасалған таяқша тәрізді құрылымдар, төменгі жағында сенсоры бар лампасы бар. РН өлшеуге арналған шыны электродта сутегі-ион концентрациясына селективті болу үшін арнайы жасалған шыны лампа бар. Сыналатын ерітіндіге батырылған кезде, зерттелетін ерітіндідегі сутек иондары шыны лампадағы басқа оң зарядталған иондармен алмасып, шам бойымен электрохимиялық потенциал жасайды. Электрондық күшейткіш өлшеу кезінде пайда болған екі электрод арасындағы электрлік потенциалдың айырмашылығын анықтайды және потенциалдар айырымын рН бірліктеріне айналдырады. Шыны лампадағы электрохимиялық потенциалдың шамасы рН-ға сәйкес сызықтық байланысты Нернст теңдеуі.

The анықтамалық электрод дисплейге қосылатын металл өткізгіштен тұратын ерітіндінің рН-на сезімтал емес. Бұл өткізгіш электролит ерітіндісіне батырылады, әдетте калий хлориді, ол зерттелетін ерітіндімен кеуекті керамикалық мембрана арқылы жанасады.[9] Дисплей а вольтметр, кернеуді рН бірліктерінде көрсетеді.[9]

Шыны электродты және эталонды электродты зерттелетін ерітіндіге батырған кезде, ан электр тізбегі аяқталды, онда вольтметр арқылы құрылған және анықталған потенциалдар айырмасы бар. Тізбекті эталонды электродтың өткізгіш элементінен қоршаған калий-хлорид ерітіндісіне, керамикалық мембрана арқылы зерттелетін ерітіндіге, шыны электродтың сутегі-ионды таңдамалы әйнегіне, шыны электрод, шыны электродтың күмісіне дейін және ақыр соңында дисплей құрылғысының вольтметріне дейін.[9] Кернеу сыналатын ерітіндіден зерттелетін ерітіндіге дейін зерттелетін ерітінді мен шыны электрод ішіндегі ерітінді арасындағы шыны мембрананың әр жағындағы сутегі-ион концентрациясының айырмашылығынан туындаған потенциалдар айырымына байланысты өзгереді. Тізбектегі барлық басқа потенциалдар айырмашылықтары рН-мен өзгермейді және калибрлеу арқылы түзетіледі.[9]

Қарапайымдылық үшін көптеген рН-метрлер шыны электродпен және бір зондта орналасқан эталондық электродпен құрастырылған зондты пайдаланады. Аралас электродтардың егжей-тегжейлі сипаттамасы мақалада келтірілген шыны электродтар.[10]

РН өлшегіші калибрленген рН белгілі ерітінділермен, әдетте әр пайдалану алдында, қамтамасыз ету үшін дәлдік өлшеу.[11] Ерітіндінің рН-ын өлшеу үшін электродтар зерттелетін ерітінділерге батырылған және зерттелетін ерітіндідегі сутегі иондары жеткілікті ұзақ уақыт сақталатын зондтар ретінде қолданылады. теңестіру бірге иондар шыны электродтағы шамның бетінде. Бұл тепе-теңдік тұрақты рН өлшемін қамтамасыз етеді.[12]

рН электродты және эталонды электродты жобалау

РН электродының шыны мембранасының жасалуы және нәтижесінде пайда болған микроқұрылым туралы мәліметтер сақталады коммерциялық құпиялар өндірушілер.[13]:125 Дегенмен, дизайнның белгілі бір аспектілері жарияланған. Шыны - қатты электролит, ол үшін сілтілі-металл иондары ток өткізе алады. РН-ға сезімтал шыны мембрана біртекті мембрананың өндірісін жеңілдету үшін сфералық болып келеді. Бұл мембраналардың қалыңдығы 0,4 миллиметрге дейін, түпнұсқа конструкциялардан гөрі қалың, сондықтан зондтарды ұзаққа созады. Шыны бар силикат химиялық функционалдылық ерітінділерден сілтілі-металл иондары мен сутегі иондарының байланысатын жерлерін қамтамасыз ететін оның бетінде. Бұл 10 аралығында ионалмасу қабілетін қамтамасыз етеді−6 10-ға дейін−8 моль / см2. Сутек иондары үшін селективтілік (H+) иондық зарядтың тепе-теңдігінен, басқа иондарға қарсы көлемдік қажеттіліктен және басқа иондардың координациялық санынан туындайды. Электрод өндірушілері осы факторларды, әсіресе литий әйнегін үйлестіретін композициялар жасады.[13]:113–139

The күміс хлоридті электрод а ретінде жиі қолданылады анықтамалық электрод рН метрінде, бірақ кейбір конструкцияларда оны қолданады калориялы қаныққан электрод. Күмістегі хлоридті электрод өндірісі қарапайым және жоғары деңгейге ие репродуктивтілік. Эталонды электрод әдетте хлорлы калий ерітіндісіне батырылған күміс / күміс хлорид қоспасымен жанасатын платина сымынан тұрады. Екі ерітіндінің араласуына жол бермей, аз қарсылықты қамтамасыз ететін, зерттелетін ерітіндімен жанасатын қызмет ететін керамикалық штепсель бар.[13]:76–91

Осы электродтардың конструкцияларымен вольтметр ± 1400 милливольт потенциалдар айырымын анықтайды.[14] Электродтар әрі қарай жеңілдету үшін сыналатын ерітінділермен жылдам теңестіруге арналған қолданудың қарапайымдылығы. Тепе-теңдік уақыттары әдетте бір секундтан аз болады, дегенмен электродтардың қартаюына байланысты тепе-теңдік уақыты артады.[13]:164

Техникалық қызмет көрсету

Электродтардың ластаушы заттарға сезімталдығынан зондтардың тазалығы өте маңызды дәлдік пен дәлдік. Зондтар белгілі бір зондқа сәйкес келетін ортада қолданылмаған кезде, әдетте, ылғалды ұсталады, бұл әдетте зонд өндірушілерінде бар сулы ерітінді.[11][15] Зонд өндірушілері зондтардың дизайнын тазалау және сақтау бойынша нұсқаулық береді.[11] Иллюстрация үшін зертханалық рН өндірушінің біреуі арнайы ластаушы заттарды тазарту бойынша нұсқаулық береді: жалпы тазарту (ағартқыш пен жуғыш зат ерітіндісіне 15 минут сіңдіру), тұз (тұз қышқылының ерітіндісі, содан кейін натрий гидроксиді мен су), май (жуғыш зат немесе метанол), бітелген анықтамалық түйісу (KCl ерітіндісі), ақуыз шөгінділері (пепсин және HCl, 1% ерітінді) және ауа көпіршіктері.[15][16]

Калибрлеу және пайдалану

5.739 рН / ион 23 ° C температурада фотосуретте көрсетілген. pH 7110 рН өлшегіш inoLab шығарған

The Германия стандарттау институты рН өлшегіштің рН өлшеуішінің рН өлшегіштерін шығарады, DIN 19263.[17]

Өте нақты өлшемдер рН өлшегішті әр өлшеу алдында калибрлеуді қажет етеді. Әдетте калибрлеу жұмыс күніне бір рет жасалады. Калибрлеу қажет, себебі шыны электрод қайта жаңғыртылмайды электростатикалық потенциалдар ұзақ уақыт аралығында.[13]:238–239

Қағидаларына сәйкес келеді жақсы зертханалық практика, калибрлеу кем дегенде екі стандартпен орындалады буферлік шешімдер рН мәндерінің диапазонын өлшеуге арналған. Жалпы мақсаттар үшін рН 4.00 және рН 10.00 кезіндегі буферлер қолайлы. РН өлшегішінде өлшеуіштің көрсеткішін бірінші стандартты буфердің мәніне теңестіру үшін бір калибрлеу бақылауы бар және өлшеуіштің көрсеткішін екінші буфердің мәніне келтіру үшін екінші бақылау бар. Үшінші басқару температураны орнатуға мүмкіндік береді. Стандартты буферлік пакеттер, әр түрлі жеткізушілерден алуға болады, әдетте температураға тәуелділік буферлік бақылау. Нақтырақ өлшеу кейде үш рН мәнінде калибрлеуді қажет етеді. Кейбір рН өлшегіштер температурамен бірге орнатылған температура-коэффициентін түзетуді қамтамасыз етеді термопаралар электрод зондтарында. Калибрлеу процесі зонд шығаратын кернеуді (рН бірлігіне шамамен 0,06 вольт) рН шкаласымен салыстырады. Жақсы зертханалық тәжірибе әр өлшеу аяқталғаннан кейін зондтарды шаюды талап етеді тазартылған су немесе ионсыздандырылған су өлшенетін ерітіндінің іздерін жою үшін, үлгіні сұйылтуға және осылайша көрсеткішті өзгертуге қабілетті қалған суды сіңіру үшін ғылыми майлықпен өңдеңіз, содан кейін белгілі бір зонд түріне сәйкес келетін сақтау ерітіндісіне батырыңыз.[18]

РН өлшеуіштерінің түрлері

Қарапайым рН-метр
Топырақ рН метр

РН өлшеуіштері қарапайым және арзан қалам тәрізді құрылғылардан бастап, күрделі және қымбат зертханалық аспаптарға дейін, компьютерлік интерфейстермен және индикатор мен температураны өлшеуге арналған бірнеше кірістермен, температураның әсерінен болатын рН өзгеруіне сәйкес келеді. Шығыс сандық немесе аналогтық болуы мүмкін, ал құрылғылар болуы мүмкін батареямен жұмыс істейді немесе сену желілік қуат. Кейбір нұсқаларда электродтарды вольтметрді көрсететін құрылғыға қосу үшін телеметрия қолданылады.[13]:197–215

Мамандандырылған өлшеуіштер мен зондтар қатаң орта сияқты арнайы қосымшаларда пайдалануға қол жетімді[19] және биологиялық микроорта.[6] РН-ны өлшеуге мүмкіндік беретін рН-дің голографиялық датчиктері де бар колориметриялық, алуан түрлілігін пайдалану рН көрсеткіштері қол жетімді.[20] Сонымен қатар, негізделген рН өлшегіштері сатылымда бар қатты күйдегі электродтар, әдеттегі шыны электродтарға қарағанда.[21]

Тарих

«Міне, Бекманның жаңа рН өлшегіші», 1956 ж

РН тұжырымдамасы 1909 жылы анықталды Соренсен, және электродтар 1920 жылдары рН өлшеу үшін қолданылған.[22]

1934 жылдың қазанында, Арнольд Орвилл Бекман рН-ны өлшеуге арналған толық химиялық құралға алғашқы патентті тіркеді, АҚШ-тың № 2.058.761 патенті өзінің «ацидиметрі» үшін, кейінірек рН өлшегіші болып өзгертілді. Бекман прототипті химия кафедрасының доценті ретінде жасады Калифорния технологиялық институты, қышқылдығын өлшеудің жылдам және дәл әдісін ойлап табуды сұрағанда лимон шырын Калифорниядағы жеміс өсірушілер биржасы (Санкист ).[23]:131–135

1935 жылы 8 сәуірде Бекманның аты өзгертілді Ұлттық техникалық зертханалар Артур Х. Томас компаниясы рН өлшеуіштің дистрибьюторы бола отырып, ғылыми аспаптар жасауға бағытталған.[23]:131–135 Сатудың алғашқы толық жылы, 1936 жылы, компания 444 рН метрін 60 000 долларға сатты.[24] Алдағы жылдары компания миллиондаған қондырғыны сатты.[25][26] 2004 жылы Бекман рН өлшегіші болып тағайындалды ACS ұлттық тарихи-химиялық бағдар оның маңыздылығын бірінші коммерциялық табысты электрондық рН-метр ретінде тану.[24]

The Радиометр Дания Корпорациясы 1935 жылы құрылды және 1936 жылы медициналық мақсаттағы рН өлшегіштің маркетингін бастады, бірақ «өнеркәсіптік мақсаттар үшін автоматты рН-метрлерді әзірлеу назардан тыс қалды. Оның орнына американдық аспап жасаушылар өндірістік рН-метрлерді әр түрлі сыра қайнату зауыттарында, қағаз өндірісінде, алюминий өндірісінде және суды тазарту жүйелерінде сияқты қосымшалар ».[22]

Бекман портативті «Pocket pH Meter» -ді 1956 жылдың өзінде-ақ сатқан, бірақ оның цифрлық оқуы жоқ еді.[27]1970 жылдары Jenco Electronics Тайвань алғашқы портативті рН өлшеуішін жасады және жасады. Бұл санауыш затбелгісімен сатылды Cole-Parmer корпорациясы.[28]

РН метрін құру

Электродтар үшін мамандандырылған өндіріс қажет, ал олардың дизайны мен құрылысының бөлшектері әдетте коммерциялық құпия болып табылады.[13]:125 Алайда, қолайлы электродтарды сатып алғанда, стандарт мультиметр рН өлшегішінің құрылысын аяқтау үшін пайдалануға болады.[29] Алайда, коммерциялық жеткізушілер калибрлеуді және температураны өтеуді қоса, пайдалануды жеңілдететін вольтметрлік дисплейлер ұсынады.[7]

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ «Бекман Коултер өнімі» (PDF). Бекман Култер. Алынған 5 сәуір 2017.
  2. ^ «рН өлшегіш». Британдық энциклопедия онлайн. 2016. Алынған 10 наурыз 2016.
  3. ^ Биохимия және молекулалық биологияның Оксфорд сөздігі (2 ред.), Ред. Ричард Каммак, Тереза ​​Этвуд, Питер Кэмпбелл, Ховард Париш, Энтони Смит, Фрэнк Велла және Джон Стирлинг, Оксфорд университетінің баспасы 2006, ISBN  9780198529170
  4. ^ а б «рН өлшеу және мән». Ғаламдық су. Xylem, Inc. Алынған 21 наурыз 2017.
  5. ^ Белл, Рональд Перси. «Қышқыл негізіндегі реакция». Britannica энциклопедиясы. Britannica энциклопедиясы, Inc. Алынған 21 наурыз 2017.
  6. ^ а б Лоизель, Ф.Б .; Кейси, Дж. (2010). РН жасушаішілік өлшеу. Молекулалық биологиядағы әдістер. 637. 311-31 бет. дои:10.1007/978-1-60761-700-6_17. ISBN  978-1-60761-699-3. PMID  20419443.
  7. ^ а б «рН өлшеу жөніндегі анықтама» (PDF). PragoLab. Thermo Scientific, Inc. Алынған 22 наурыз 2017.
  8. ^ Riddle, Peter (2013). «рН өлшегіштер және олардың электродтары: калибрлеу, қызмет көрсету және пайдалану». Биомедицина ғалымы. Сәуір: 202–205.
  9. ^ а б c г. Антони, Дж. Қабат. «pH метрінің принциптері». seafriends.org. Теңіздегі достар теңізді қорғау және білім беру орталығы. Алынған 28 наурыз 2017.
  10. ^ Ванишек, Петр (2004). «Шыны рН электрод» (PDF). Интерфейс (Жаз). Электрохимиялық қоғам. 19-20 бет. Алынған 3 сәуір 2017.
  11. ^ а б c Bitesize Bio: рН өлшегішке қалай күтім жасау керек, Steffi Magub, 18 мамыр 2012 ж.
  12. ^ «РН өлшеу теориясы мен практикасы» (PDF). Emerson процесін басқару. Желтоқсан 2010.
  13. ^ а б c г. e f ж Гальстер, Гельмут (1991). рН өлшеу: негіздері, әдістері, қолданбалы құралдар. Вайнхайм: VCH Publishers, Inc. ISBN  978-3-527-28237-1.
  14. ^ Ltd, W G Pye and Co (1962). «Потенциометриялық рН өлшегіш». Ғылыми құралдар журналы. 39 (6): 323. дои:10.1088/0950-7671/39/6/442.
  15. ^ а б MRC зертханасы: pH электродтарын қалай сақтау, тазарту және қалпына келтіру.
  16. ^ Электродтарды тазарту.
  17. ^ «pH өлшеу - pH өлшеу тізбектері». DIN жариялау. Beuth Verlag GmbH. Алынған 28 наурыз 2017.
  18. ^ «РН метрін калибрлеуді қалай жүзеге асыруға болады». all-about-pH.com. Алынған 14 желтоқсан 2016.
  19. ^ Олсон, Викки (2015-04-15). «Қатты процестердің орталары үшін рН сенсорын қалай таңдауға болады». automation.isa.org. Халықаралық автоматика қоғамы. Алынған 31 наурыз 2017.
  20. ^ AK Yetisen; H түймесі; F da Cruz Vasconcellos; Y Montelongo; CAB Davidson; Дж Блит; Дж.Б. Кармоди; В Виньолини; U Штайнер; Джейджим Баумберг; Т.Д. Уилкинсон; CR Lowe (2013). «Химиялық жолмен реттелетін тар жолақты голографиялық сенсорларды жеңіл бағытта жазу». Жетілдірілген оптикалық материалдар. 2 (3): 250. дои:10.1002 / adom.201300375.
  21. ^ «рН электрод». pH-meter.info. Алынған 30 наурыз 2017.
  22. ^ а б Трэвис, Энтони С .; Шрөтер, Х.Г .; Гомбург, Э.; Моррис, П.Ж.Т. (1998). Еуропалық химия өнеркәсібінің эволюциясын анықтаушылар: 1900-1939 жж: жаңа технологиялар, саяси құрылымдар, нарықтар мен компаниялар. Дордрехт: Клювер Акад. Publ. б. 332. ISBN  978-0-7923-4890-0. Алынған 29 мамыр 2015.
  23. ^ а б Арнольд Такрей және Минор Майерс, кіші (2000). Арнольд О.Бекман: ​​жүз жылдық шеберлік. Джеймс Д. Уотсонның алғысөзі. Филадельфия, Па.: Химиялық мұра қоры. ISBN  978-0-941901-23-9.
  24. ^ а б «Бекман рН өлшегішін әзірлеу». Ұлттық тарихи химиялық бағдарлар. Американдық химиялық қоғам. Алынған 25 наурыз, 2013.
  25. ^ Лютер, Клаудия (19 мамыр, 2004). «Арнольд О.Бекман, 104». Chicago Tribune News. Алынған 8 наурыз 2014.
  26. ^ Джейниг, Кентон Г. Бекманның 1911 - 2011 тарихи жинағына көмек іздеу (1935 - 2004 жаппай). Ғылым тарихы институты. Ғылым тарихы институты. Алынған 30 қазан 2015. Құжаттың толық нұсқасына көшу үшін «Бекманның тарихи коллекциясын іздеуді» басыңыз.
  27. ^ «Міне, Бекманның жаңа рН өлшегіші». Ғылым тарихы институты. 1956. Алынған 6 тамыз 2019.
  28. ^ Буи, Джон. «РН өлшегішінің эволюциясы». Зертхана менеджері. Алынған 7 қазан, 2010.
  29. ^ «Ең қарапайым ықтимал рН метрін құру». 66pacific.com. Алынған 29 наурыз 2017.

Сыртқы сілтемелер