طبیعت مولکول آب این است که در محلول های آبی به دو یون تجزیه شود:
-H2O <——–> H+ + OH
H+ یون هیدروژن یا پروتون و OH- یون هیدروکسید نامیده می شود.
pH توضیحات ریاضی از نحوه فعالیت یون های هیدروژن است محدوده ای که می تواند اشغال کند از -۱ تا +۱۵ متغیر است. بر حسب این مقیاس، مایعات به سه دسته خنثی، اسیدی و بازی طبقه بندی می شوند. اگر یک محصول نه اسید باشد نه باز به آن خنثی یا neutral می گویند. عدد مربوط به مایعات یا محلول های خنثی، pH = 7 است. اسید یعنی فعالیت بالای یون های هیدروژن و pH بالاتر از ۷٫ محلول های بازی با فعالیت پایین یون های هیدروژن و به طبع فعالیت بالای یون های هیدروکسید و pH بالاتر از ۷ شناسایی می شوند. تصویر زیر نمونه هایی از مقیاس pH را شنان می دهد. مقیاس pH یک مقیاس لگاریتمی است و تغییر یک واحد به این معنی است که فعالیت های یون های هیدروژن ۱۰ برابر کاهش یا افزایش داشته است. این توضیح می دهد که چرا خوردگی با افزایش فاصله از نقطه خنثی به شدت افزایش می یابد.
کمی درباره کالیبراسیون دستگاه pH متر
به دلیل تغییراتی که در طول زمان در الکترودهای pH متر رخ می دهد، ضروری است که کالیبراسیون آنها به طور منظم انجام گیرد. دستگاه pH متر بر اساس شیب و آفست (offset) معادله نرنست[Nernst Equation] طراحی شده است. الکترودها همیشه باید تمیز و هیدراته (مرطوب) نگه داشته شوند. به این منظور آنها را پس از استفاده با آب مقطر شستشو داده می شوند و در محلول مخصوص رار میگیرند. برای کالیبره کردن pH متر باید از محلول های بافرهای با pH 4 و ۷ استفاده نمود. کالیبراسیون با بافر با pH 7.01 می تواند مشکل خرابی یا آلودگی پراب را مشخص کند و از بروز خطا در اندازه گیری جلوگیری نماید. زیرا نقطه تعریف offset، pH 7.01 است.
به محلول کالیبراسیون pH، بافر نیز گفته می شود که هنگام اندازه گیری pH با الکترود و pH متر ضروری هستند. بافرهایی که به صورت حرفه ای ساخته می شوند pH پایدارتری دارند و در برابر تغییر مقاوم ترند. استفاده از یک بافر با گرید بالا به منظور کالیبره کردن دستگاه سنجش، تنها رسیدن به نتایج دقیق در هر زمانی است.
به منظور جلوگیری از آلوده شدن محلول های مخصوص کالیبراسیون، الکترود را در بطری اصلی محلول قرار ندید. مقداری از محلول را در یک ظرف جداگانه که قبلا با آب مقطر شستشو داده شده است بریزید و از آن برای کالیبراسیون استفاده نمایید و محلول بافر استفاده شده را به بطری اصلی منتقل کنید.
بعد از توزین و دما، اندازه‌گيری pH از مهمترین پارامترهای مورد توجه در آزمایشگاه‌ها می‌باشد. مقدار pH با اندازه‌گیری فعالیت یون هیدروژن تعیین می‌شود و از اين طريق اسیدی یا بازی‌بودن نمونه مشخص می‌شود. تعيين pH در فرآیندهای بیوشیمیایی، شیمیایی و بیولوژیکی ضروری و مهم است.
معمولا محلول های بافر مخصوص کالیبراسیون دستگاه pH متر برای شناسایی بهتر با رنگ های زیر ساخته می شوند:
- pH 4 با رنگ قرمز یا صورتی (اسیدی)
- pH 7 با رنگ سبز با زرد (خنثی)
- pH 9 یا pH 10 با رنگ آبی (بازی)
معادله نرنست چیست؟
در الکتروشیمی، معادله نرنست معادله ای است که پتانسیل کاهش یک واکنش الکتروشیمیایی (نیمه واکنش یا واکنش کامل) را به فعالیت (activity)، دما و پتانسیل الکترود استاندارد گونه های شیمیایی طی فرایند اکسایش-کاهش مربوط می سازد. این معادله به نام کسی که آن فرمول نویسی کرد نام گذاری شده است. والتر نرنست (Walter Nernst) آلمانی یک شیمیدان فیزیکی(Physical Chemist) بود.
نکات
- ما میتوانیم با وارد کردن مقادیر ثابت معادله را ساده کنیم. واحد معادله نرست ژول بر کلمب است همانند ولت (Volts).
- روی الکترودهای pH امکان تشکیل بلورهای نمک وجود دارد و این امری طبیعی است و به دلیل تبخیر محلول در اثر عدم استفاده طولانی به وجود می آید. پس لازم است هر بار الکترود را شسته تا هر گونه کریستال نمکی حذف شود.
معادله نرنست
آماده سازی برای کالیبراسیون
- روشن کردن دستگاه pH متر
- شستشوی الکترود
- آماده سازی بافرها
انجام کالیبراسیون
- قرار دادن الکترود در بافر با ph 7 و قرائت عدد نمایش داده شده
- تنظیم pH روی عدد بافر
- شسشتشو و تمیز کردن الکترود با آب مقطر
- مراحل بالا را با بافر با pH 4 نیز تکرار کنید، حال دستگاه کالیبره شده است.
اندازه گیری pH نمونه
- الکترود را وارد نمونه کنید.
- به مدت ۲ دقیقه صبر کنید تا دستگاه به پایداری برسد.
- عدد قرائت شده، pH نمونه می باشد.
- پس از انجام آزمایش pH متر را با آب مقطر بشویید.
- الکترود را محلول مخصوص خود قرار دهید.
