Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике   ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику и электронику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод, технологии автоматизации и многое другое.
Чтобы не тратить каждый раз свое время на поиски добавляйте наш сайт в закладки и подписывайтесь на наши странички в соцсетях!
 


 

 Школа для электрика / Справочник электрика / Электрические измерения / Принцип измерения рН, устройство и виды рН-метров


 

Принцип измерения рН, устройство и виды рН-метров



Для быстрого определения уровня рН (другими словами - уровня кислотности) различных сред применяют рН-метры. Техническая или питьевая вода, раствор кислоты, соли или щелочи, кровь, моча и другие жидкости организма, фрукты, овощи и прочие продукты питания, медицинские лекарственные средства и так далее — в принципе все что угодно может стать объектом оперативного исследования на значение рН.

Измерение рН — это, по сути, измерение активности ионов водорода в среде. И даже само обозначение рН переводится буквально с латинского «pondus Hydrogenii» как «вес водорода».

Принцип измерения рН, устройство и виды рН-метров

На сегодняшний день рН-метры находят широкое применение в микробиологии и в медицине, в водоподготовке и в агрохимии, в почвоведении, в гидропонике, в лабораторных и в полевых исследованиях, в химической и пищевой промышленности, в аквариумистике и много где еще.

Современный рН-метр позволяет достаточно точно и быстро определить величину рН. Если рН равно 7 — среда нейтральная, как например дистиллированная вода, у которой положительных ионов водорода Н+ и отрицательных гидроксид-ионов ОН- поровну. Если кислотность больше 7 — значит среда щелочная. Если же рН меньше 7 — среда кислая.

И хотя химики всегда умели определять кислотность сред классическим методом, используя индикаторы, например фенолфталеин, тем не менее в некоторых процессах просто необходимо точно количественно определить данный показатель, а иногда нужно постоянно отслеживать его с целью корректировки. Для этого и придумали рН-метры.

pН-метр

pН-метр фактически является электронным милливольтметром, так как он измеряет разность потенциалов в электрохимической системе из пары электродов и исследуемой среды, в которую они помещены. Правда шкала прибора градуирована здесь не в милливольтах, а в рН, поскольку измеренная ЭДС оказывается пропорциональна рН.

Два электрода: стеклянный индикаторный (боросиликатному стеклу не страшны окислители) и хлорсеребряный — дополнительный электрод сравнения. Стеклянный электрод обладает очень большим сопротивлением в десятки мегаом, и это является как раз основным требованием — чтобы сопротивление зонда не было меньше 0,1 Гом. Градуировку рН-метра делают по буферным растворам с известной рН.

В силу того, что на величину ЭДС влияет температура, каждый такой измерительный прибор имеет термокомпенсацию для измерений при температурах отличных от +25°С. Но для достижения очень высокой точности необходимо проводить измерения точно при температуре +25°С, по этой причине многие рН-метры оснащаются встроенным термометром, чтобы можно было сразу отследить температуру исследуемой среды.

Индикаторный стеклянный электрод в форме трубки с тонкостенным шариком на конце, из особого электропроводящего боросиликатного стекла, включается по сути в электрическую цепь. Перемещение внутри такого стекла положительных ионов Н+ позволяет использовать его (катионы внутри стекла перемещаются относительно полианиона кремниевой кислоты). Внутрь трубки заливается суспензия хлорида серебра в растворе соляной кислоты, затем туда погружается серебряная проволока — так получается хлорсеребряный электрод.

Стеклянный электрод опускают в исследуемую среду, электрическую цепь замыкают, помещая в нее (через электролитический ключ или напрямую) дополнительный электрод сравнения (ртутно-каломелевая паста в растворе хлорида калия). Хлорид калия создает контакт между ртутно-каломелевой частью элемента и исследуемой средой. Этот дополнительный электрод размещается обычно в стеклянном корпусе, для ионов Н+ непроницаемом.

Проводящий контакт раствора хлорида калия в электроде сравнения с исследуемым раствором образуется благодаря тонкой нити или капилляру в стеклянном корпусе. Так получается гальванический элемент из электрода сравнения и хлорсеребрянного электрода, причем электролитическая часть элемента включает в себя проводящую стеклянную пленку и исследуемую среду.

ЭДС электродной системы измеряется милливольтметром, его шкала градуирована в рН. Электроны от хлорсеребряного электрода переносятся к электроду сравнения под действием измеряемой ЭДС, что всегда сопровождается переносом равного количества протонов с внутренней стороны стеклянного электрода в среду.

Если в этом случае принять концентрацию положительных ионов водорода Н+ внутри стеклянного электрода постоянной, то ЭДС получится функцией активности Н+, то есть функцией рН исследуемой среды.

Современные модели рН-метров

Современные модели рН-метров работают благодаря микропроцессорам, выполняющим термокомпенсацию и решающим многие сопутствующие задачи. Чем сложнее прибор — тем больше задач он в состоянии решать. Класс точности приборов изменяется от модели к модели, и для различных сфер применения можно подобрать подходящий рН-метр.

Есть рН-метры карманные бытовые, есть профессиональные лабораторные, портативные и промышленные стационарные. Некоторые рН-метры измеряют концентрацию ионов в среде, содержание нитратов и т. д., обладают встроенной памятью для сохранения результатов, возможностью связи с компьютером и функцией коррекции параметров по цепи обратной связи.