Ph متر:  Phیک کمیّت آزمایشگاهی و قابل اندازه گیری است که میزان اسیدی یا قلیایی (بازی) بودن مایعات را مشخص می کند. Ph ماده ای مانند آب غلظت یون های هیدروژن موجود در آب را تعیین می کند که بر روی اسیدی یا بازی بودن خواص آن موثر است. آب به عنوان مایعی خنثی نه خاصیت اسیدی دارد و نه خاصیت بازی و به همین سبب این مایع حیات با “پ هاش” هفت به عنوان مرز مشخص بین مایعات اسیدی و قلیایی شناخته می شود. هرچه Ph مایعی از عدد 7 پایین تر باشد این مایع اسیدی تر بوده و هرچه از این عدد بالاتر باشد قلیایی تر است  .

Ph متر

اما در این مقطع شاید این سوال برای شما پیش بیاید که چگونه Ph یک مایع و اسیدی یا قلیایی بودن آن را مشخص می کنند؟ به صورت کلی دو روش برای این کار وجود دارد: استفاده از رنگ سنجی شناساگر ها و استفاده از Ph متر الکتریکی .

شناسانگر ها الیاف، کاغذ یا محلولی خاص هستند که در محیط اسیدی یا بازی تغییر رنگ می دهند که در این مطلب قصد نداریم به شرح آن ها بپردازیم.

اما Ph سنج الکتریکی از طریق اندازه گیری پتانسیل الکتریکی بین دو الکترود و ارجاع به جدولی خاص میزان یون هیدروژن موجود در محلول را اندازه گیری می کند. در مدل های پیشرفته تر امروزی اکثر اندازه گیری های “پ هاش” در آزمایشگاه با استفاده از Ph متر های دیجیتال که به وسیله یک مدار الکترونیکی کار می کنند انجام می شود.

Phسنج های الکترونیکی شکل های متنوعی دارند. این ابزار ها در انواع مختلفی مثل ph سنج های ساده و همچنین انواع قلمی  آنها تا نمونه های پیشرفته و گران قیمت تر که می توانند به کامپیوتر متصل شوند و اطلاعات مختلفی را تجزیه و تحلیل کنند تولید و عرضه می شوند ، یا این حال در یک دسته بندی کلی Ph متر ها به انواع قلمی، پرتابل، رومیزی و تابلویی  تقسیم بندی می شوند.

Ph سنج های پرتابل که با انرژی الکتریکی باتری کار می کنند در آزمایشگاه و محیط بیرون کارایی دارند.  “پ اچ” متر قلمی، ارزان ترین و کوچک ترین نوع این دستگاه ها است که به نسبت Ph سنج های پرتابل از دقت کمتری برخوردار است. “پ هاش” سنج های رومیزی، در آزمایشگاه ها کاربرد دارد و با آداپتور تغذیه می شوند . این محصولات دارای نگهدارنده الکترود می باشند. نمونه های آنلاین و تابلویی، در تابلوهای صنعتی قرار می گیرند و بصورت آنلاین مقدار”پ اچ”  را نمایش می دهد.

اما مانند هر ابزار آزمایشگاهی دیگری ، برای استفاده از “پ اچ” متر هم باید مقدمات و کارهایی را برای آماده سازی این محصول انجام داد. قبل از شروع کار با Ph متر ابتدا باید مطمئن شوید که میله جستجوگر در محلول نگه ‌دارنده یا محلول با Phچهار  نگهداری شده است. درغیراینصورت ممکن است Ph سنج در تعیین “پ هاش” محلول مورد مطالعه دچار خطا شود. برای رفع این مسئله می توان به مدت دو ساعت آن را در آب مقطر قرار دهید. بسیاری از Ph سنج های رومیزی و برخی از  مدل های قلمی قابلیت اندازه ‌گیری پارامترهایی غیر از “پ اچ” را نیز دارند. بنابراین لازم است مطمئن شوید Ph متر شما در حالت اندازه‌گیری “پ هاش” قرار دارد و در نهایت میله جستجوگر را به ‌ وسیله آب مقطر بشویید یا آن را در آب مقطر قرار داده و تکان دهید.

درصورتی‌که می‌خواهید Ph یک محلول ثابت را اندازه‌گیری کنید کافی است اندازه‌گیر را در محلول قرار داده و پس از ثابت شدن عددی که اندازه‌گیر نشان می‌دهد آن را بخوانید. این عدد  Ph  محلول را نشان می‌دهد. درصورتی‌که قصد دارید با اضافه کردن ماده‌ای دیگر محلول خود را “پ هاش” خاصی برسانید، باید همزمان با اضافه کردن ماده و خواندن  Phاز روی اندازه‌گیر محلول به ‌صورت مداوم هم زده تا محلول به ‌صورت یکدست در‌آید ، در غیر این صورت  Phدر نقاط مختلف محلول متفاوت خواهد بود و آزمایش را دچار خطا خواهد کرد.

در این مطلب سعی کردیم تا اطلاعات مورد نیاز مخاطب درباره “پ اچ” متر را برای شما به صورت خلاصه وار جمع آوری کنیم ؛ با این حال شما می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر و همچنین مشاوره در مورد این که بسته به نوع فعالیتتان به چه نوع رفراکتومتر یا Ph سنجی نیاز دارید و همچنین برای سفارش خرید انواع Ph سنج ها با برند های مختلف و قیمت های مناسب با ما تماس بگیرید.

این دستگاه ها در ابعاد و اندازه های مختلف با کارایی های متعددی تولید می شوند اما به طور کل ساختار کلی آنها دارای اجزای مشابهی است. اولین چیزی که در پی اچ سنج ها مشاهده می شود بدنه دستگاه است که در داخل آن مدار های الکتریکی ، صفحه نمایش  و کنترل ها و کلید ها قرار دارند. در بدنه اکثر ph متر ها کلیدی برای روشن و خاموش کردن دستگاه وجود دارد که البته بر حسب مدل و نوع آنها ممکن است این کلید پایین ، بالا ، جلو یا پشت دستگاه قرار گرفته باشد. لازم به ذکر است که برخی از مدل های پی اچ متر ها نیز دارای کلید خاموش و روشن نیستند و تنها با سیم و دوشاخه برق به پریز متصل می شوند و پس از اتصال به برق آماده کار هستند.

از دیگر کلید های موجود بر روی بدنه این دستگاه ها کلید کنترل دما است که با استفاده از آن می توان درجه حرارت مایع مورد آزمایش را اندازه گیری کرد؛ در واقع این کلید به نوعی دماسنج دستگاه محسوب می شود .

یکی از قسمت های مهم پی اچ متر ها کلید یا کلیدهای کالیبراسیون هستند که معمولاً با نام های Call 1 و Call 2 بر روی دستگاه مشخص می شوند. لازم به ذکر است که همه دستگاه ها کلید دوم را ندارند و برخی از مدل ها تنها یک کلید برای کالیبراسیون دارند. در ادامه در مورد موضوع پر اهمیت کالیبراسیون بیشتر صحبت خواهیم کرد اما به صورت خلاصه وار باید بگوییم کالیبره کردن ph متر عملیاتی است که طی آن دستگاه را برای محاسبه دقیق پی اچ مواد آماده می کنند و انجام آن باعث می شود که از ثبت نتایج اشتباه در آزمایشات جلوگیری شده و دستگاه بهترین و دقیق ترین نتیجه ممکن را در حد توانایی خود ارائه دهد. در دستگاه های دو کلیدی اگر پی اچ متر را با یک محلول کالیبره می کنیم لازم است که تنها از کلید Call1 استفاده کرده و کلید Call2 را بر روی وضعیت 100 % قرار دهیم.

کلید کنترل وضعیت نیز از کلید های بسیار مهم برای شروع آزمایشات است. حالت هایی که بر روی این کلید وجود دارد شرایط دستگاه را در آن لحظه مشخص می نماید ؛ به عنوان مثال حالت وضعیت آماده زمانی استفاده می شود که دستگاه خاموش است و هیچ جریان الکتریکی درون الکترودهای پی اچ متر وجود ندارد. حالت دوم این کلید وضعیت اندازه گیری پی اچ است که از آن پس از کالیبراسیون پی اچ متر و در زمان اندازه گیری پی اچ محلول استفاده می شود.

حالت سوم کلید وضعیت که بر روی برخی از این دستگاه ها مشاهده می شود حالت اندازه گیری میلی ولت است که وقتی کلید وضعیت ph متر بر روی آن قرار دارد دستگاه قادر به خواندن میلی ولت موجود در سر الکترود و محلول است . این حالت با نماد mV بر روی دستگاه نشان داده شده است.

از دیگر حالت های کلید وضعیت که بر روی برخی از مدل های دستگاه پی اچ سنج وجود دارد حالت کنترل اتوماتیک دما است که با نماد ATC بر روی کلید وضعیت نمایش داده می شود. در این حالت دستگاه قادر خواهد بود تا در مواقعی که قصد سنجش پی اچ محلول هایی با دمای متغیر را داریم اقدام به تنظیم خودکار دما کند. لازم به ذکر است که در زمان استفاده از این قابلیت دستگاه باید دارای الکترود ترکیبی خاص باشد.

الکترود ترکیبی چیست ؟

و ما اینجا هستیم تا به تمام سوالاتی که در ذهن شما خطور می کند تا حد توانمان پاسخگو باشیم. الکترود ترکیبی شامل یک الکترو رفرانس بوده ( که به نام الکترود کالومل نیز نامیده می شود ) و یک الکترود داخلی که در یک محفظه شیشه ای قرار دارد نیز به آن الصاق شده است.  این الکترود ترکیبی دستگاه ph  متر باید در آب مقطر نگهداری شود و به دستگاه اندازه گیری پی اچ متر متصل باشد. الکترود های ترکیبی بر اساس سازنده آنها به اشکال مختلفی طراحی شده اند اما تمام آنها جریان الکتریکی معمولی که در یک دستگاه پی اچ سنج وجود دارد را نشان می دهند.

نکته ای که در اینجا لازم به ذکر است این می باشد که دستگاه های سنجش پی اچ محلول ها در نقاط مختلف دنیا یکسان نیستند. از آنجایی که این لوازم سنجش با برق شهری کار می کنند در دو نوع 110 ولتی و 220 ولتی تولید می شوند. همانطور که می دانید برخی از کشورها مانند ژاپن و آمریکا به صورت سراسری در شهرهایشان با برق 110 ولت و فرکانس 60 هرتز کار می کنند ؛ به همین سبب نمی توان انتظار داشت که دستگاه های پی اچ متری که در آمریکا و ژاپن و برخی کشورهای معدود دیگر برای مصرف داخلی آن کشور تولید شده اند در ایران و یا کشورهای دیگری که برق شهری آنها 220 ولت و فرکانس 50 هرتز است کار کنند ؛ به همین دلیل باید در زمان خرید پی اچ متر ها به این نکته توجه نمود . البته لازم به ذکر است که ph سنج هایی که با باتری کار کنند نیز در بازار موجود هستند و می توان از آنها نیز استفاده نمود.

کالیبراسیون پی اچ متر چیست و چگونه انجام می شود؟

همانند بسیاری از تجهیزات آزمایشگاهی که در زمینه اندازه گیری مقادیر مختلف به کار گرفته می شوند ، پی اچ متر نیز باید در بازه های زمانی مشخص بررسی شود و میزان دقت آن مورد سنجش قرار گیرد تا نتایجی که از آن به عمل می آید باعث بروز اتفاقات و خسارات مختلف در انجام آزمایشات گوناگون نگردد. سنجش میزان دقت و تنظیم دوباره این دستگاه را کالیبراسیون می نامند. در کالیبراسیون ph متر از محلول هایی که پی اچ های استاندارد بیمن المللی دارند استفاده می شود که به این محلول ها در اصطلاح علمی بافر گفته می شود. این محلول های پایدار حجم مشخصی از تغییرات در پی اچ را می پذیرند و بهتر است در زمان کالیبراسیون دست کم از دو بافر مختلف که سطح پی اچ متفاوتی دارند استفاده شود.
برای شروع کار کالیبره کردن دستگاه ابتدا بهتر است از دفترچه راهنمای موجود در جعبه دستگاه چگونگی کالیبره کردن آن را جستجو کنید و از دستور العمل سازنده پی اچ متر پیروی نمایید. اما به طور کلی ابتدا بهتر است الکترود را درون بافری که پی اچ 7 دارد فرو کرده و منتظر باشید تا دستگاه عدد 7 را نشان دهد. در صورتی که پی اچ متر شما عدد دیگری را نشان داد با مراجعه به دفترچه راهنمای دستگاه باید آن را تنظیم کرده و به 7 برسانیم.
پس از مرحله اول الکترود را درون یک بافر با پی اچ 4 فرو می کنیم و همان کارهایی که در مرحله قبلی انجام شد در این مرحله نیز انجام می گیرد. پس از آن الکترود باید با آب مقطر شستشو داده شود و سپس با تکان های آرام آب اضافی آن خارج شود. بعد از این مرحله مجدداً باید الکترود را درون بافری با پی اچ 7 غوطه ور کرد و با مشاهده عدد 7 در نشانگر ph متر بدانید که درصد زیادی از کار را انجام داده اید.
در این زمان با شستشوی مجدد الکترود با آب مقطر و خشک نمودن آن دوباره الکترود را درون محلول بافری با پی اچ 4 رها می کنیم و نشان داده شدن عدد 4 در نشانگر مشخص کننده این حقیقت است که دستگاه آماده کار است و بالاترین دقت ممکن را دارد. باید به این نکته دقت کرد که پس از هر بار اندازه گیری پی اچ الکترود باید با استفاده از آب مقطر به خوبی شسته شده و خشک گردد.

اشتباهات رایج در هنگام استفاده از کاربران پی اچ متر

در ادامه به برخی از اشتباهات رایجی که بسیاری از کاربران پی اچ متر در هنگام استفاده از الکترود آن انجام می دهند می پردازیم . به عنوان اولین نکته باید بگوییم که قبل از اینکه اندازه گیری پی اچ را آغاز کنید باید از تمیزی ظرفی که نمونه را در آن می ریزید اطمینان حاصل کنید و پس از این کار مطمئن شوید که مواد به طور کامل در هم حل شده اند. این مورد از اشتباهات رایج کاربران پی اچ متر است که اندازه گیری Ph را در زمانی انجام می دهند که محلول هنوز به صورت همگن نیست و حل شدن مواد به طور یکنواخت انجام نگرفته است که این موضوع باعث تولید نتیجه اشتباه توسط دستگاه می شود.
زمانی که نمونه را در حلال قاطی کرده و هم می زنید تا با هم مخلوط شوند اگر الکترود پی اچ را درون آن قرار دهید حتی زمانی که به خوبی در هم حل شده باشند ممکن است طی چند دقیقه ph متر نتایج مختلفی را به شما نشان دهد . در چنین مواقعی بهتر است صبر کنید تا محلول ثابت شده و سپس شروع به خواندن دستگاه کنید زیرا بیشترین دقت در خواندن پی اچ در همین زمان است.
از دیگر نکاتی که کاربران برای استفاده از دستگاه باید بدانند این مطلب است که الکترود پی اچ را بیشتر از عمقی که سطح محلول درونی الکترود پر شده است در داخل نمونه وارد نکنید و از آنجایی که در بیشتر دستگاه های سنجش پی اچ کوچک مشاهده عمق محلول پر شده امکان پذیر نیست الکترود را حداکثر تا بیست میلی متر در داخل محلول فرو کنید و در واقع این بدان معنی است که الکترود در داخل محلول غوطه ور نشود. علت این موضوع نیز این مطلب است که در عمق های بیشتر از این نفوذ معکوسی توسط محلول در داخل الکترود ph متر انجام می گیرد که باعث می شود نتیجه ای که می خوانید دقیق نباشد.
پس از خواندن پی اچ این نکته خیلی اهمیت دارد که الکترود را سریعاً از نمونه خارج کرده و با آب مقطر بشورید . انجام ندادن این کار باعث می شود که سرعت خراب شدن الکترود بیشتر شود؛ همچنین کوتاهی در انجام این کار باعث می شود که دستگاه شما نیاز به بررسی روزانه پیدا کند. نکته دیگری که در این باب می توان عنوان کرد این مطلب است که زمانی که قصد استفاده از دستگاه را ندارید مخزن الکترود را در یک محلول مناسب قرار دهید.

روش های نگهداری صحیح از Ph متر

به خاطر داشته باشید که نوک الکترود از قسمت های مهم آن محسوب می شود و نگهداری مناسب از آن باعث دوام بیشتر الکترود خواهد بود. برای نگهداری مناسب از نوک الکترود لازم است که آن را سریعاً پس از استفاده با آب مقطر به خوبی بشویید. لازم به ذکر است که الکترودهای ph در زمانی که استفاده نمی شوند همیشه باید درون مخزنی که محلول استاندارد و اشباع کلرید پتاسیم KCl در آن وجود دارد قرار داده شوند.
با وجود اینکه ph متر ها به صورت درست کالیبره می شوند ، گاهاً مشکلی در کار آنها وجود دارد. این مشکل به شکلی است که گاهی می بینیم که دو دستگاه پی اچ متر در مورد یک محلول مشابه پی اچ های متفاوتی را نشان می دهند. این اتفاق به خصوص در زمان استفاده از الکترود های بی کیفیت بیشتر رخ می دهد. این موضوع به این دلیل است که الکترود ها به خصوص آنهایی که کیفیت پایینی دارند به عناصر مختلفی همچون هیدروژن و سدیم واکنش نشان می دهند. به همین دلیل اضافه شدن یک عنصر جدید به آزمایش می تواند باعث به وجود آمدن پی اچ های مختلف بر سر الکترود شود . ذکر این مطلب نیز لازم به نظر می رسد که برای آزمایش نمونه های بی رنگ دستگاه پی اچ اشتباهی را نشان نمی دهد زیرا این دستگاه ها تنها جوابگوی یون های هیدروژن هستند.
حال لازم می دانیم تا مقداری در مورد الکترود های پی اچ و همچنین مخزن نگهداری از آنها صحبت نماییم. آن دسته از دستگاه های ph متر که یک الکترود ترکیبی دارند ، برای آنکه بتوانند حداکثر دقت و کارایی خود را داشته باشند باید یک اتصال الکتریکی بین محلول پتاسیم کلراید که در مخزن الکترود پی اچ وجود دارد و رسانای الکتریکی است با محلول نمونه مورد نظر ایجاد گردد. در مدل بندی الگودار الکترود شیشه ای ph متر به این شکل عمل می شود که کاهش دقت الکترود به طور مداوم و مشروح ثبت می شود. این کار به واسطه تفاوت مقدار گرفتگی و انسداد منافذ الکترود انجام می گیرد که اغلب به دلیل خشک بودن مخزن الکترود ایجاد می گردد. همچنین مواردی مانند انجام آزمایش بر روی روغن ها و مواد شیمیایی خورنده و یا سهل انگاری در شستشوی درست و استاندارد با آب مقطر پس از انجام کار نیز از عوامل ایجاد این مشکل و انسداد منافذ هستند.

چگونگی تاثیر دما بر میزان پی اچ

برخی از الکترود های خاص مانند هیدروژن، آنتیموان، کوین هیدرون و مواردی دیگر هنگامی که در داخل یک محلول خاص فرو می روند ولتاژ ضعیفی تولید می کنند که در واقع همان پتانسیل الکتریکی می باشد و مقدار عددی این پتانسیل به ph آن محلول بستگی دارد . اگر دقیق تر به این قضیه بنگریم متوجه می شویم که یکph متر در واقع یک ولت سنج است که قابلیت تشخیص ولتاژهای بسیار ضعیف را دارد.

نحوه  اندازه گیری پی اچ 

اصلی ترین قسمتی که باعث اندازه گیری پی اچ می شود الکترود حباب شیشه ای است. نوعی شیشه خاص که در ساخت آن استفاده شده است حساسیت زیادی نسبت به یون هیدروژن دارد. اما برای اینکه مدار تکمیل شود و چرخه ولتاژ به گردش در بیاید به وجود الکترود دیگری هم نیاز است. الکترود مرجع به واسطه یک نقطه اتصال با محلول مورد نظر در تماس است که باعث می شود محلول داخلی آرام آرام به محلول نمونه اضافه شود.

به خاطر داشته باشید مواردی همچون دما ، استاندارد سازی دستگاه و روش الکترودی باید در زمانی که به اندازه گیری دقیق پی اچ نیاز داریم در نظر گرفته شوند. تاثیر گذاری دما بر روی پی اچ یک محلول از دو طریق امکان پذیر می باشد. اولین راهی که توسط آن ، دما بر پی اچ تاثیر می گذارد در واقع تاثیرگذاری آن بر روی الکترود می باشد. این موضوع را می توان از روش های اتوماتیک مانند ATC و یا روش دستی رفع نمود.

همچنین تاثیر گذاری دما بر روی پی اچ محلول بافر که به منظور استاندارد سازی مورد استفاده قرار می گیرد دومین موردی است که می توان تاثیر دما بر کار ph متر را در آن نشان داد. جالب است که بدانید از آنجایی که پی اچ نمونه مورد مطالعه به همین نحو در اثر دما تغییر نمی کند و اثر دما تنها بر روی الکترود و محلول بافر می باشد ، لذا ارتباط بین پی اچ و دما را به شکل تجربی تعیین می کنند. به همین دلیل بر روی اکثر بطری هایی که حاوی محلول بافر می باشند جدولی وجود دارد که در آن پی اچ محلول را به شکل تابعی از دما مشخص نموده اند.

اما سوالی که در اینجا مطرح می شود این است که در چنین شرایطی چه کاری باید انجام داد ؟ مفید ترین عملی که می توان در این شرایط انجام داد این است که دستگاه را با محلول بافری که پی اچ آن نزدیک به پی اچ محلول مورد مطالعه می باشد استاندارد سازی نمایید.

روش استاندارد رنگ سنجی

روش استاندارد رنگ سنجی، به این شکل انجام می گیرد که مقداری معینی از نمونه مورد نظر را در داخل لوله ای که عموماً بهتر است جنس آن شیشه ای باشد می ریزیم. در مرحله بعد مقدار مشخصی از شناساگر به آن اضافه کرده و با توجه به استاندارد های موجودی که در آن یک محلول با پی اچ معین با همان مقدار شناساگر آماده شده ، مورد مقایسه قرار می دهیم. البته لازم به ذکر است که با توجه به دشواری هایی که در انجام آن وجود دارد و با وجود دستگاه های مختلف ph متر ، امروزه به ندرت از روش استاندارد رنگ سنجی استفاده می شود.
یکی از روش هایی که در واقع از روش استاندارد رنگ سنجی مشتق شده است ، استفاده از کاغذ پی اچ است. استفاده از این روش به این شکل است که کاغذی باریک و جاذب، به شناساگر آغشته شده و نموداری مربوط به رنگ های ph های مختلف روی کاغذ یا کارت همراه آن چاپ شده است. پس از آنکه کاغذ به میزان لازم به محلول آغشته شد ، رنگ آن شروع به تغییر کرده و عوض می شود. رنگی که بر روی کاغذ به وجود می آید با رنگ های استاندارد مقایسه شده و پی اچ محلول تعیین می گردد. میزان خطای موجود در پی اچ های به دست آمده از کاغذ های پی اچ مورد اطمینان ، نسبت به میزان خطا در مقدار به دست آمده پی اچ از روش الکتروسنجی تقریباً به یک اندازه است ؛ البته لازم به ذکر است که در مواردی که واکنش های اکسایش کاهش یا همان احیای قوی صورت می گیرد، کاغذ های پی اچ چندان قابل اطمینان نیستند.

روش الکتروسنجی

برخی از الکترود های خاص مانند هیدروژن ، این قابلت را دارند که وقتی داخل یک محلول فرو می روند، پتانسیل الکتریکی تولید می کنند که در واقع باعث ایجاد یک ولتاژ بسیار ضعیف در محلول می شود. میزان این ولتاژ به پی اچ محلول مورد نظر بستگی دارد؛ به همین دلیل می توان گفت که یک ph متر در واقع یک ولت سنج است که توانایی سنجش ریزترین ولتاژهای ممکن را دارد. قسمت اصلی دستگاه که وظیفه اندازه گیری پی اچ را به عهده دارد الکترود حباب شیشه ای می باشد. شیشه خاصی که در آن استفاده می شود، لایه ای بسیار حساس نسبت به یون هیدروژن دارد که می تواند پتانسیل تولید شده درسطح الکترود شیشه ای را به پی اچ محلول ارتباط دهد .