pH-метр – сучасний прилад для точного вимірювання водневого показника (показника pH), що характеризує активність іонів водню у воді, розчинах, харчовій продукції та сировині, об'єктах навколишнього середовища тощо. Але бувають випадки, коли навіть точні прилади вимірювання дають збій.
До сервісного центру «SIMVOLT» часто звертаються покупці з такими питаннями: «Чому не стабільні покази рН-метра?», «Чому покази рН-метра «скачуть» навколо певного значення і ніяк не стабілізуються?». У цій статті ми розглянемо цю проблему та головні причини її виникнення, які наслідки можуть бути і як цього уникнути.
Основна проблема поганої стабілізації показань рН-метрів пов’язана з неякісною електронікою недорогих рН-метрів, але ця проблема не єдина. Розглянемо основні причини нестабільності показань рН-метрів.
Погана електроніка або електроніка зі схемотехнічними помилками (постійні періодичні зміни показань навколо певного значення). Показання можуть відрізнятися на 0,01 або навіть на 0,1.
Якісні рН-метри з надійною електронікою не змінюють свої показання, навіть якщо електродом рН-метра злегка помішувати буферний розчин.
Якщо перевести лабораторний рН метр у режим мілівольтів:
1 рН ≈ 59 мВ (у теорії), а на практиці 1 рН ≈ 54 ~ 56 мВ.
Відповідно 0,01 рН ≈ 0,5 ~ 0,6 мВ.
Отже, для нестабільності показань у кілька сотих одиниць рН нестабільність різниці потенціалів, виміряної схемою (власний шум чи власні коливання підсилювача) має складати одиниці мілівольт. Для хорошого рН-метра власний шум не перевищує 0.1–0.2 мВ. Окрім того, якісний рН-метр при вимірюванні накопичує статистику протягом декількох секунд і усереднює виміряне значення.
Чому при перемішуванні розчину результати вимірювання постійно змінюються? Справа у електролітному ключі. Він поділяє собою два електроліти – внутрішній та зовнішній. І в товщі електролітного ключа концентрація всіх компонентів цих розчинів певним чином за рахунок дифузії намагається вирівнятися. Компоненти буфера пробують проникнути всередину через електролітний ключ, а компоненти внутрішнього розчину пробують проникнути назовні. І в електролітному ключі та/або в невеликій області розчину біля самого електролітного ключа встановлюється певна динамічна рівновага. Якщо ви рухаєте електрод відносно розчину, тоді цей приповерхневий шар відносно електролітного ключа змиваєте і замінюєте свіжим розчином. Рівновага не встигає встановитися, через що виникають певні розбіжності навколо середнього значення.
Така сама розбіжність виникає, коли вимірюють дистильовану воду або воду після зворотного осмосу. Розчини, які майже не містять солей, намагаються вимити солі з електролітного ключа, які надходять туди з внутрішнього електроліту.
Паралельно при вимірюванні дистильованої води виникає інша проблема. Вона полягає в тому, що чиста вода має дуже низьку електропровідність, а електричне коло для вимірювання повинне бути замкнене. Воно замикається через розчин, який має низьку електропровідність, а також немає іншого, крім води, джерела іонів H+ та OH- для компенсації заряду скла, і показання встановлюються надзвичайно повільно.
У буферному розчині покази встановлювалися за кілька секунд, тоді як у дистильованій воді спостерігається певний постійний дрейф в одну сторону. Це пов’язано з тим, що через низьку електропровідність дуже довго встановлюється рівновага.
Рівень рН дистильованої води майже ніколи не дорівнює 7 через вуглекислий газ, який розчиняється в ній з повітря. Вуглекислий газ утворює вугільну кислоту, яка є слабкою кислотою та дещо підкислює дистильовану воду. рН 7 буває тільки в спеціально очищеній воді одразу після очистки.
При вимірюванні розчинів з низькою електропровідністю може спостерігатися певний залишковий дрейф показників. Тому якщо потрібно точно виміряти рівень рН таких розчинів, є два варіанти: зачекати повної стабілізації показань або якось збільшити електропровідність розчину. Наприклад, додати невелику кількість звичайної солі до розчину. Сіль розчиниться, електропровідність різко зросте, а на рівень рН це практично не вплине. Швидкість стабілізації зростає через підвищення електропровідності розчину.
Також треба розрізняти повільну стабілізацію показань, що викликана низькою електропровідністю розчину або забрудненням електропровідного ключа чи рН скла і нестабілізацію показань через неякісну електроніку.
У деяких приладах, як лабораторних, так і ручних середньої та високої цінової категорії є функція auto-hold. Якщо спостерігається нестабільність показів у кілька десятих відносно певного середнього значення, то прилад протягом деякого певного часу записує у внутрішню пам'ять графік, як змінювались покази від часу, усереднює їх. І коли це середнє значення перестало змінюватися, він видає його як результат вимірювання. При цьому підсвічується HOLD.
Деякі прилади виконують цю операцію автоматично, і ця функція спеціально додана виробником для того, щоб покази на екрані були стабільними. Як тільки прилад розпізнав, що середнє значення перестало змінюватися, він, не зважаючи на коливання показань, переходить у режим HOLD і показує середнє значення, яке є з точки зору приладу найкращою оцінкою вимірюваного рН.
рН метр із пласким електродом від японської компанії-виробника «HORIBA» швидко визначає рівень рН буферного розчину і стабілізація показань відбувається швидше. При вимірюванні рівня рН дистильованої води також спостерігається дрейф показань через низьку електропровідність розчину, з якою контактує рН-електрод. Електричне коло, яке містить вимірювальне скло, замкнене через розчин з дуже низькою електропровідністю. Відповідно, всі процеси врівноваження йдуть дуже повільно через великий опір цього розчину. Після того як цей дрейф закінчиться, прилад декілька секунд буде усереднювати покази і засвітиться піктограма смайлика, що означає стабілізацію показань, та відобразиться результат вимірювання, його просто потрібно дочекатися. Така функція є у деяких рН-метрів і нею варто користуватися. Вона передбачена виробником для полегшення роботи користувачів. Чим ближче покази, що відображаються на приладі, до фінальних, тим повільнішим стає дрейф і поступово показання стабілізуються.
Пласкі електроди призначені для того щоб їх можна було щільно притискати до зразка, якщо зразок є твердим або в’язким (паста, їжа, м'ясо тощо). В електроді є пласке вимірювальне рН скло та поряд електролітний ключ і через твердий або напівтвердий зразок замикається електричне коло при вимірюванні. Якщо коло замкнене погано (немає хорошого контакту з електролітним ключем або склом) покази обов’язково будуть через це дрейфувати. Від якості електричного контакту дуже залежать покази плаского електрода.
Але не варто «покращувати» контакт за допомогою сильнішого натиску на рН-метр – це призведе до пошкодження плаского електрода. рН-електрод, скло якого трінснуло, не підлягає відновленню чи гарантійній заміні, його необхідно повністю замінити. Необхідно досягти хорошого контакту і стабільних показів, але без застосування зайвої сили.
На SIMVOLT Channel ви можете переглянути відео «pH-метр працює нестабільно, покази «скачуть», прилад не стабілізується. В чому причина і що робити?»
