pH測定の原理、装置、pH計の種類
さまざまな媒体の pH レベル (つまり、酸性レベル) を迅速に測定するには、pH メーターが使用されます。工業用水や飲料水、酸、塩、アルカリ溶液、血液、尿などの体液、果物、野菜などの食品、医薬品など。 — 原則として、あらゆるものがオペレーショナルリサーチの pH 値の対象となる可能性があります。
PH の測定は、本質的に媒体中の水素イオンの活性の測定です。そして、pHという名称自体も、ラテン語の「pondus Hydrogenii」を文字通り「水素の重さ」として翻訳したものです。
現在、pH メーターは、微生物学と医学、水処理と農業化学、土壌科学、水耕栽培、実験室と野外研究、化学産業と食品産業、水族館、その他多くの場所で広く使用されています。
最新の pH メーターを使用すると、pH 値を正確かつ迅速に測定できます。pH が 7 の場合、蒸留水などの媒体は中性であり、正の水素イオン H + と負の水酸化物イオン OH- が均等に分割されています。酸性度が 7 を超える場合、培地はアルカリ性になります。 pH が 7 未満の場合、培地は酸性になります。
また、化学者はフェノールフタレインなどの指示薬を使用する古典的な方法で媒体の酸性度を常に測定できましたが、プロセスによってはこの指示薬を正確に定量する必要があるだけでなく、場合によっては常に監視する必要があります。それを修正するための手配をします。これが pH メーターが発明された目的です。
pH メーターは、実際には、一対の電極の電気化学システムとそれらが配置されている試験媒体間の電位差を測定する電子ミリボルトメーターです。確かに、測定されたEMFはpHに比例することが判明しているため、ここでは装置のスケールがミリボルトではなくpHで目盛りされています。
2 つの電極: ガラス指示薬 (酸化剤はホウケイ酸ガラスを恐れません) と塩化銀 - 追加の参照電極。ガラス電極の抵抗は数十メガオームと非常に高く、これは基本的な要件にすぎません。プローブの抵抗は 0.1 GΩ 以上である必要があります。 pH メーターは、既知の pH の緩衝液を使用して校正されます。
EMF 値は温度の影響を受けるため、このような各測定装置には + 25 °C 以外の温度での測定に対する温度補償が備わっています。しかし、非常に高い精度を達成するには、+ 25 °C の温度で正確に測定する必要があります。そのため、多くの pH メーターには温度計が組み込まれており、媒体の温度をすぐに追跡できます。研究のプロセス。
先端に薄肉のボールを備えたチューブ状の指示薬ガラス電極は、特殊な導電性ホウケイ酸ガラスでできており、基本的に電気回路に接続されています。このようなガラス内で正の H + イオンが移動することにより、それを使用することが可能になります（ガラス内の陽イオンはケイ酸のポリアニオンに対して相対的に移動します）。塩酸溶液中の塩化銀の懸濁液を試験管に注ぎ、その後銀線をその中に浸漬します。これが塩化銀電極を得る方法です。
ガラス電極を試験媒体中に下げ、追加の参照電極（塩化カリウム溶液中の水銀カロメルペースト）をその中に（電解スイッチを介してまたは直接）配置することによって電気回路を閉じます。塩化カリウムは、セルの水銀カロメル部分と試験媒体との間に接触を生じさせます。この追加の電極は通常、H + イオンを通さないガラスケース内に配置されます。
参照電極内の塩化カリウム溶液と試験溶液との導電接触は、ガラスケース内の細い糸または毛細管によって形成され、参照電極と塩化銀電極からガルバニ電池が得られます。セルの電解質部分には、導電性ガラスフィルムとテスト環境が含まれます。
電極システムの EMF はミリボルトメーターで測定され、そのスケールは pH で目盛られています。塩化銀電極からの電子は、測定されたEMFの作用下で参照電極に移動します。これには常に、ガラス電極の内部から媒体への同数の陽子の移動が伴います。
この場合、ガラス電極の定数で正の水素イオン H + の濃度をとれば、EMF は H + の活性の関数、つまり研究対象の媒体の pH の関数になります。
最新モデルの pH メーターは、温度補償を実行し、多くの関連タスクを解決するマイクロプロセッサーのおかげで機能します。デバイスが複雑であればあるほど、解決できるタスクは多くなります。機器の精度クラスはモデルによって異なり、さまざまな用途に適した pH メーターを選択できます。
家庭用のポケット型 pH メーターもあれば、専門的な研究室用、ポータブル、産業用の据え置き型の pH メーターもあります。一部の pH メーターは、培地中のイオン濃度、硝酸塩の含有量などを測定し、結果を保存する内蔵メモリー、コンピューターと通信する機能、およびフィードバック ループを通じてパラメーターを調整する機能を備えています。