pH-метр – современный прибор для точного измерения водородного показателя (показателя pH), который характеризирует активность ионов водорода в воде, растворах, пищевой продукции и сырье, объектах окружающей среды и тому подобное. Но бывают случаи, когда даже точные приборы измерения дают сбой.
В сервисный центр «SIMVOLT» часто обращаются покупатели с такими вопросами: «Почему не стабильные показания рН-метра?», «Почему показания рН-метра «скачут» вокруг определенного значения и никак не стабилизируются?». В этой статье мы рассмотрим эту проблему и основные причины ее возникновения, какие последствия могут быть и как этого избежать.
Основная проблема плохой стабилизации показаний рН-метров связана с некачественной электроникой недорогих рН-метров, но эта проблема не единственная. Рассмотрим основные причины нестабильности показаний рН-метров.
Плохая электроника или электроника с схемотехническими ошибками (постоянные периодические изменения показаний вокруг определенного значения). Показания могут отличаться на 0,01 или даже на 0,1.
Качественные рН-метры с надежной электроникой не меняют свои показания, даже если электродом рН-метра слегка помешивать буферный раствор.
Если перевести лабораторный рН метр в режим милливольт:
1 рН ≈ 59 мВ (в теории), а на практике 1 рН ≈ 54 ~ 56 мВ.
Соответственно 0,01 рН ≈ 0,5 ~ 0,6 мВ.
Итак, для нестабильности показаний в несколько сотых единиц рН нестабильность разности потенциалов, измеренной схемой (собственный шум или собственные колебания усилителя) должен составлять единицы милливольт. Для хорошего рН-метра собственный шум не превышает 0.1–0.2 мВ. Кроме того, качественный рН-метр при измерении накапливает статистику в течение нескольких секунд и усредняет измеренное значение.
Почему при перемешивании раствора результаты измерения постоянно меняются? Дело в электролитном ключе. Он разделяет собой два электролиты – внутренний и внешний. И в толще электролитного ключа концентрация всех компонентов этих растворов определенным образом за счет диффузии пытается выровняться. Компоненты буфера пытаются проникнуть внутрь через электролитный ключ, а компоненты внутреннего раствора пытаются проникнуть наружу. И в электролитном ключе и/или в небольшой области раствора у самого электролитного ключа устанавливается определенное динамическое равновесие. Если вы двигаете электрод относительно раствора, тогда этот приповерхностный слой относительно электролитного ключа смываете и заменяете свежим раствором. Равновесие не успевает установиться, из-за чего возникают определенные разногласия вокруг среднего значения.
Такое же расхождение возникает, когда измеряют дистиллированную воду или воду после обратного осмоса. Растворы, которые почти не содержат солей, пытаются вымыть соли с электролитного ключа, которые поступают туда из внутреннего электролита.
Параллельно при измерении дистиллированной воды возникает другая проблема. Она заключается в том, что чистая вода имеет очень низкую электропроводность, а электрическая цепь для измерения должна быть замкнутой. Оно замыкается через раствор, который имеет низкую электропроводность, а также нет другого, кроме воды, источника ионов H+ и OH- для компенсации заряда стекла, и показания устанавливаются очень медленно.
В буферном растворе показания устанавливались за несколько секунд, тогда как в дистиллированной воде наблюдается некоторый постоянный дрейф в одну сторону. Это связано с тем, что из-за низкой электропроводности очень долго устанавливается равновесие.
Уровень рН дистиллированной воды почти никогда не равен 7 через углекислый газ, который растворяется в ней с воздуха. Углекислый газ образует угольную кислоту, которая является слабой кислотой и немного подкисляет дистиллированную воду. рН 7 бывает только в специально очищенной воде сразу после очистки.
При измерении растворов с низкой электропроводностью может наблюдаться определенный остаточный дрейф показателей. Поэтому если нужно точно измерить уровень рН таких растворов, есть два варианта: подождать полной стабилизации показаний или как-то увеличить электропроводность раствора. Например, добавить небольшое количество обычной соли в раствор. Соль растворится, электропроводность резко возрастет, а на уровень рН это практически не повлияет. Скорость стабилизации растет из-за повышения электропроводности раствора.
Также нужно различать медленную стабилизацию показаний, которая вызвана низкой электропроводностью раствора или загрязнением электропроводящего ключа или рН стекла и нестабилизацию показаний из-за некачественной электроники.
В некоторых приборах, как лабораторных, так и ручных средней и высокой ценовой категории есть функция auto-hold. Если наблюдается нестабильность показаний в несколько десятых относительно определенного среднего значения, то прибор в течение некоторого определенного времени записывает во внутреннюю память график, как менялись показания от времени, усредняет их. И когда это среднее значение перестало меняться, он выдает его как результат измерения. При этом подсвечивается HOLD.
Некоторые приборы выполняют эту операцию автоматически, и эта функция специально добавлена производителем для того, чтобы показания на экране были стабильными. Как только прибор распознал, что среднее значение перестало меняться, он, несмотря на колебания показаний, переходит в режим HOLD и показывает среднее значение, которое является с точки зрения прибора лучшей оценкой измеряемого рН.
рН метр с плоским электродом от японской компании-производителя «HORIBA» быстро определяет уровень рН буферного раствора, и стабилизация показаний происходит быстрее. При измерении уровня рН дистиллированной воды также наблюдается дрейф показаний из-за низкой электропроводности раствора, с которой контактирует рН-электрод. Электрическая цепь, которая содержит измерительное стекло, замкнутая через раствор с очень низкой электропроводностью. Соответственно, все процессы уравновешивания идут очень медленно через большое сопротивление этого раствора. После того как этот дрейф закончится, прибор несколько секунд будет усреднять показания и загорится пиктограмма смайлика, что означает стабилизацию показаний, и отобразится результат измерения, его просто нужно дождаться. Такая функция есть в некоторых рН-метрах и ею стоит воспользоваться. Она предусмотрена производителем для облегчения работы пользователей. Чем ближе показания, которые отображаются на приборе, до финальных, тем медленнее становится дрейф и постепенно показания стабилизируются.
Плоские электроды предназначены для того чтобы их можно было плотно прижимать к образцу, если образец является твердым или вязким (паста, еда, мясо и т.д.). В электроде есть плоское измерительное рН стекло и рядом электролитный ключ и через твердый или полутвердый образец замыкается электрическая цепь при измерении. Если цепь замкнута плохо (нет хорошего контакта с электролитным ключом или стеклом) показания обязательно будут из-за этого дрейфовать. От качества электрического контакта очень зависят показания плоского электрода.
Но не стоит «улучшать» контакт с помощью сильного нажима на рН-метр – это приведет к повреждению плоского электрода. рН-электрод, стекло которого треснуло, не подлежит восстановлению или гарантийной замене, его необходимо полностью заменить. Необходимо достичь хорошего контакта и стабильных показаний, но без применения излишней силы.
На SIMVOLT Channel вы можете посмотреть видео «pH-метр работает нестабильно, показания «скачут», прибор не стабилизируется. В чем причина и что делать?»
В SIMVOLT представлен широкий ассортимент рН-метров и рН-электродов известных мировых брендов – EZODO, DELTA OHM, XS Instruments, Horiba, AZ-Instrument и др.
Маркет измерительных приборов «SIMVOLT» осуществляет гарантийное и постгарантийное обслуживание рН-метров и рН-электродов на базе собственного сервисного центра в городе Киев. Квалифицированные менеджеры предоставляют консультации по продукции по телефону или в режиме он-лайн.
