Электроды для pH-метров

Зачем измерять уровень pH?

Точное измерение уровня pH является критически важным аспектом в различных научных и промышленных областях. Это значение отражает концентрацию ионов водорода в растворе, что оказывает существенное влияние на химические реакции и биологические процессы. Неправильное измерение pH может привести к неточным результатам экспериментов, снижению качества продукции и даже к авариям в промышленных установках. Поэтому правильный выбор pH-электрода, соответствующего условиям измерения и характеристикам анализируемого образца, является залогом успешного и безопасного проведения исследований и производственных процессов.

Современный рынок предлагает широкий ассортимент pH-электродов, от универсальных до специализированных моделей, предназначенных для различных условий и типов образцов. Например, в гидропонике, садоводстве, аквакультуре, а также при обслуживании бассейнов и спа, зачастую достаточно использования стандартных электродов общего назначения. Однако, для более специфичных задач, таких как измерение pH в сильнокислых или сильнощелочных растворах, требуются специализированные электроды, способные обеспечить надежные и точные результаты.

Виды электродов для ph-метров:

Измерительный электрод представляет собой стеклянный стержень с чувствительной стеклянной мембраной на конце. При погружении электрода в раствор на его поверхности формируется гелевый слой. Такой же гелевый слой сформирован на внутренней стороне мембраны из внутреннего электролита. В зависимости от кислотности среды ионы водорода [H⁺] диффундируют в гелевый слой или из него, создавая потенциал на стеклянной мембране.

Электрод сравнения представляет собой стеклянный стержень, выполненный из стекла не чувствительного к ионам водорода [H⁺], на конце которого расположена диафрагма, через нее внутренний электролит медленно вытекает в раствор. Во внутренний электролит погружен элемент сравнения (серебро/хлорид серебра). Таким образом при погружении электрода в раствор элемент сравнения контактирует с раствором и на контактах электрода возникает потенциал. Разность потенциалов электрода сравнения и измерительного электрода дают значение пропорциональное pH.

Комбинированный электрод представляет собой комбинацию измерительного электрода и электрода сравнения. Конструктивно измерительный pH электрод окружен электродом сравнения, эти части имеют те же свойства и функции что и отдельные электроды. Комбинированные электроды получили большое распространение из-за простоты использования.

Устройство измерительного электрода pH

Измерительный электрод представляет собой стеклянный цилиндр, одной стороны которого припаянный сферический наконечник электродного литиевого стекла, с другой — резьбовой коннектор, соединяющий хлорсеребрянный (Ag/AgCl) электрод с коаксиальным помехозащищенным кабелем. Полость внутри электрода заполняют высоковязким гелем KCl.

Электродное стекло имеет форму шарика и припаяно к стеклянному корпусу электрода. Толщина этой стеклянной мембраны — 0,006 — 0,1 мм. Стеклянная мембрана обладает селективными способностями пропускать в обеих направлениях только ионы водорода. На поверхности мембраны создаются гелевые пленки, которые способствуют этой селективной способности к ионам водорода. Направление движения ионов зависит от их концентрации в электролитах: поток ионов напрвляется туда где их меньше. При этой дифузии и создается потенциал электрода.

Электроды общего назначения

Электроды для pH-метров общего назначения являются наиболее распространённым типом pH-электродов, предназначенным для измерений в стандартных водных растворах. Они подходят для работы с растворами средней и высокой концентрации ионов, не содержащих белков, и при комнатной температуре. Эти электроды обеспечивают достаточную точность и стабильность показаний для большинства повседневных задач, что делает их универсальными и удобными в использовании.

К основным характеристикам электродов общего назначения относятся:

• Тип стеклянного корпуса: Корпус изготавливается из стекла, устойчивого к большинству химических веществ, что гарантирует долговечность электрода.
• Референтная система: Обычно используется система с хлоридом серебра (Ag/AgCl), обеспечивающая стабильные и воспроизводимые результаты измерений.
• Диапазон измерений: Эти электроды способны измерять pH в широком диапазоне значений, обычно от 0 до 14.

Электроды для pH-метров общего назначения находят широкое применение в следующих областях:

• Гидропоника: Контроль pH раствора питательных веществ для оптимального роста растений.
• Садоводство: Измерение pH почвы для создания благоприятных условий для растений.
• Аквакультура: Поддержание оптимального pH воды для здоровья рыб и других водных организмов.
• Обслуживание бассейнов и спа: Контроль pH воды для поддержания её качества и безопасности.
• Мониторинг окружающей среды: Измерение pH в природных водоёмах для оценки состояния экосистем.
• Водоподготовка: Оптимизация процессов очистки воды.
• Образовательные цели: Использование в лабораториях для обучения основам химии.

Примеры электродов общего назначения включают модели с плоскими или сферическими мембранами, подходящие для различных типов образцов и условий измерений. Например, pH-электроды с плоскими мембранами удобны для измерений на ровных поверхностях, таких как бумага или гели, тогда как электроды со сферическими мембранами обеспечивают лучшее проникновение в жидкие растворы.

Несмотря на свою универсальность, электроды общего назначения могут не подойти для специфических условий, таких как высокая температура или агрессивные среды. В таких случаях необходимо использовать специализированные электроды.

Специализированные электроды для pH-метров

В некоторых случаях стандартные pH-электроды общего назначения не способны обеспечить необходимую точность или долговечность при измерении pH в особых условиях. Это может касаться сильно кислых или щелочных растворов, экстремальных температур, вязких или мутных образцов, а также растворов с низкой ионной концентрацией. В таких ситуациях на помощь приходят специализированные pH-электроды, созданные для работы в специфических условиях.

Особенности конструкций и материалов

Специализированные электроды отличаются от универсальных не только материалами, но и конструктивными особенностями, которые адаптированы к конкретным задачам:

• Материалы корпуса и мембраны: Для работы в агрессивных средах, таких как сильные кислоты или щелочи, используются корпуса и мембраны из химически устойчивых материалов, например, из специального стекла или пластиковых композитов. Это увеличивает срок службы электрода и обеспечивает стабильность измерений.
• Тип референтной системы: В специализированных электродах могут применяться альтернативные референтные системы, такие как гелевые системы на основе хлорида калия или двойные референтные системы, которые обеспечивают дополнительную защиту от загрязнений и помех.
• Форма и размер электрода: Специализированные электроды могут иметь уникальные формы и размеры, адаптированные к конкретным условиям измерений. Например, электроды с тонкими наконечниками подходят для работы в микропланшетах или узких пробирках, а электроды с острыми наконечниками используются для анализа плотных образцов, таких как мясо.

Специализированные pH-электроды находят широкое применение в различных областях, где стандартные решения не могут гарантировать необходимую точность или долговечность:

• Сильно кислые и щелочные растворы: Для таких условий используются электроды с повышенной химической стойкостью, которые не подвержены разрушению от агрессивных сред.
• Экстремальные температуры: Специализированные электроды могут функционировать при температурах выше 50°C или ниже 10°C, что критично для многих промышленных и лабораторных процессов.
• Вязкие и мутные растворы: Электроды с мембранами, устойчивыми к засорению, и улучшенной системой электролита обеспечивают стабильные измерения в условиях, где стандартные модели могут быстро выйти из строя.
• Образцы с низкой концентрацией ионов: В таких случаях применяются электроды с низким сопротивлением мембраны, которые обеспечивают точные и стабильные показания даже в разбавленных растворах.

Калибровка электрода

Каждый конкретный электрод имеет собственные характеристики, отличные от идеальных характеристик. Это бывает из-за производственных допусков, старения электрода при хранении и эксплуатации, ненадлежащего хранения и пользования.

Уход характеристик электрода pH от идеальных компенсируется при проведении операции калибровки. Суть процесса калибровки электрода заключается в том, что в формулу пересчета контроллером из единиц напряжения (мВ) в единицы pH вносится поправочный коэффициент, который учитывает уход характеристик электрода по вышеназванным причинам. Одновременно по двум точкам калибровки (два калибровочных (буферных) раствора pH7 и pH4) определяется крутизна графика.

Все автоматические станции дозации химии поставляются в комплекте с буферными растворами как для pH — электрода, так и Redox — электрода. В инструкции по эксплуатации, прилагаемой к каждой станции дозирования, указывается периодичность проведения калибровки электродов. У некоторых производителей этот период две недели, у других пол-года. Конечно, эти рекомендации дает не производитель станций, а изготовитель электродов. Они то, уж точно знают уход параметров измерений в зависимости от времени и условий работы своих электродов. Правильность показаний электродов контролируется при каждом использовании и по необходимости проводится калибровка, в неоперабельном случае — замена.

Основные правила ухода за электродами для pH-метров

1. Электрод должен оставаться влажным

Не оставляйте электрод на открытом воздухе, следите за тем, чтобы он не высыхал. Высыхание может повредить рН-чувствительную стеклянную мембрану, сократить срок службы электрода и значительно увеличить погрешность измерений. Если электрод высох, перед использованием его следует поместить в раствор для хранения как минимум на час, а затем желательно выполнить калибровку.

2. Не следует тереть электрод

Избегайте протирания электрода салфетками или тканью. Это может привести к царапинам или повреждениям стеклянной поверхности, а также вызвать образование статического заряда, который повлияет на результаты рН-измерений. Лучше всего промывать электрод дистиллированной или деионизированной водой, а излишки влаги аккуратно удалять безворсовой салфеткой.

3. Электрод нужно хранить в специальном растворе

Хранение в деионизированной воде может привести к вымыванию ионов из стеклянной мембраны, что замедляет измерения. Электроды всегда следует хранить в специальных растворах, богатых ионами. Это позволяет сохранить рН-чувствительный гелевый слой на стеклянной мембране увлажнённым и насыщенным ионами, что необходимо для стабильной реакции мембраны на изменения pH образца. Если у вас нет специального раствора для хранения, можно использовать буферный раствор с pH 4,01 или 7,01.

4. Регулярная чистка электрода необходима

Накопление налёта на электроде во время его использования может привести к неправильным калибровкам и измерениям. Чистка осуществляется с помощью специального очищающего раствора, подобранного под конкретный тип электрода и образцы. Также можно использовать ультразвуковую ванну с водой для чистки. В случае сильных загрязнений допустимо применение раствора соляной кислоты (0,1 моль/л).

5. Регулярная калибровка электрода необходима

Все рН-электроды требуют частой калибровки, желательно ежедневно. Для обеспечения точных и надежных измерений необходимо калибровать электрод как минимум по двум точкам. Если вы работаете с широким диапазоном значений pH, рекомендуется проводить калибровку по трём точкам. Обратите внимание, что после калибровки следует измерять образцы только в пределах установленного диапазона.

6. Электрод может быть специализированным

Электроды для pH-метров не являются универсальными и могут не подходить для всех условий измерений. В зависимости от ваших методик или образцов может понадобиться специализированный электрод, например, для работы при высоких или низких температурах, для пищевых продуктов, сухих образцов, эмульсий или образцов, содержащих плавиковую кислоту. Используйте соответствующий электрод.

7. Электрод должен быть заполнен электролитом

Со временем электролит может вытекать или испаряться из эталонного спая. Низкий уровень электролита может привести к неточным измерениям. Следите за уровнем электролита и добавляйте его, если он опускается ниже уровня образца, чтобы избежать обратного потока образца в электрод. Рекомендуется полностью заменять электролит примерно раз в месяц, чтобы поддерживать его свежесть. Закрытое отверстие для заполнения электрода может замедлить стабилизацию. Эту крышку можно слегка ослабить или приоткрыть, но после измерения её нужно снова закрутить.

8. Правильное погружение электрода в образец

Для точного измерения pH необходимо погрузить как стеклянную мембрану, так и эталонный спай в образец. Убедитесь, что вы берете достаточное количество образца; если вы работаете с очень маленькими объемами, рассмотрите возможность использования полусферических электродов для микрообразцов.

9. Регулярная проверка электрода

Периодически осматривайте ваш электрод на предмет повреждений. При правильном использовании и уходе срок службы рН-электрода обычно составляет от 1 до 3 лет.

Критерии выбора pH-электрода

1. Химический состав и агрессивность среды:
   • Для измерений в сильнокислых или сильнощелочных растворах необходимо выбирать электроды с высокоустойчивыми к коррозии материалами корпуса и мембраны. Например, стекло с повышенной химической стойкостью или корпус из пластика.
2. Температурные условия:
   • Высокие температуры могут ускорить деградацию стандартных электродов. Специализированные модели, рассчитанные на работу при температурах выше 50°C, оснащены термостойкими материалами и специальными референтными системами, устойчивыми к тепловым воздействиям.
   • Аналогично, при низких температурах (<10°C) используются электроды, адаптированные к работе в холодных средах, чтобы избежать замерзания или снижения точности.
3. Физическое состояние образца:
   • Для измерений в вязких или твердых образцах, таких как гели или мясо, предпочтительны электроды с усиленными наконечниками, например, титановыми. Это позволяет проводить измерения без повреждения электрода.
   • В случае мутных растворов используются электроды с мембранами, устойчивыми к загрязнению, что обеспечивает стабильность и долговечность устройства.
4. Концентрация ионов в растворе:
   • В растворах с низкой ионной силой, таких как дистиллированная вода или очень разбавленные растворы, стандартные электроды могут давать нестабильные показания. В таких случаях используются электроды с низким внутренним сопротивлением мембраны и специальными референтными системами, способные обеспечивать точные измерения при низкой ионной концентрации.

Подобрать нужные электроды для pH-метров для решения конкретных задач Вам помогут специалисты компании КОЛБА. Свяжитесь с нами по телефону или оставьте заявку. Специалист ответит Вам в течении 20 минут.