برای پاسخ به این سوال که phمتر یا اسیدسنج چیست؟ باید به طور خلاصه عنوان کرد که phمتر ها سنجشگر شیمیائی هستند که برای نتیجه گیری مانند یک ولتمتر عمل می کنند. آنها ولتاژ (اختلاف پتانسیل الکتریکی) تولید شده توسط محلول که اسیدیته آن را مشخص می سازد، را با ولتاژ یک محلول شناخته شده (معرف) مقایسه می کند. سپس از اختلاف ولتاژ بین این دو برای نشان دادن مقدار اسیدیته استفاده می کند.
اندازه گیری آسان ph
اندازه گیری اسیدها و قلیاها با کاغذ لکتوم چیزی است که تقریبا همه می آموزند که چگونه در مدرسه انجام دهند. این کار نسبتا آسانی است که رنگ مقدار کمی از نوار کاغذ مرطوب شده از محلول مورد سنجش را با رنگ یک نمودار از پیش تعیین شده مقایسه کنید. بدین ترتیب درمی یابید که مایع شما اسیدی است یا قلیایی؟ اگر کاغذ به نظر صورتی تبدیل شود، مایع شما اسید است و اگر آبی روشن شود، قلیایی است. این چیزی است که مقیاس pH نامیده می شود
نیاز به اندازه گیری دقیق ph
اما گاهی اوقات این اندازه گیری بسیار خام است. مثلا اگر از ماهیهای گرمسیری نگهداری می کنید، یا باغبان نمونه گیاهان خاص هستید که باید خاک دارای اسیدیته یا قلیاییت معین داشته باشند، چیزهایی را که به این روش ساده سنجیده اید می تواند حیوانات خانگی و یا گیاهان شما را بکشد. به همین دلیل است که بسیاری از مردم برای تهیه یک سنجشگر مقدار اسید و باز سرمایه گذاری می کنند که می تواند به طور مستقیم pH را اندازه گیری کند.
سطوح pH در طیف وسیعی از برنامه های کاربردی مهم است. به عنوان مثال در استخر شنا، ضروری است که کلر در آب برای حذف باکتری های مضر کافی باشد و این می تواند باکنترل pH تعیین شود.. pH معمولا در نمونه هایی نظیر آب خالص، فاضلاب، خاک، نوشیدنی های الکلی، مواد غذایی و محصولات لبنی اندازه گیری می شود.
اما باید ببینیم کنترل کننده این پارامتر یا همان PHمتر یا اسیدسنج چیست و چگونه کار می کنند؟ بیایید نگاهی دقیق تر بیاندازیم
اسیدیته چیست؟
وقتی شما علاقه مند به اندازه گیری اسیدیته هستید، اگر بدانید قبل از شروع سنجش در ماده آزمایش شده شما چه می گذرد، این به فهم بیشتر موضوع کمک می کند. اکثر ما تنها شناخت اندکی داریم که ماده اسیدی یا قلیایی واقعا چیست؟ ما تنها می دانیم که آن ماده ای است که می تواند پوست ما را بسوزاند (هر چند که سوختگی شیمیایی است و نه گرمائی)؛ اما در مورد آن ها اطلاع دیگری نداریم. حتی موضوعی که بیشتر گیج کننده است اینکه ما می توانیم با خیال راحت برخی از مواد اسیدی را بخوریم (لیمو، به عنوان مثال، حاوی اسید سیتریک)، اما نوشیدن برخی دیگر از مواد شیمایی مانند اسید سولفوریک بسیار خطرناک است.
به زبان ساده اسیدها و قلیاها، مواد شیمیایی هستند که در آب برای تشکیل یون ها (اتم های با الکترون اضافی یا کم) حل می شوند. یک اسید در آب برای تشکیل یون های هیدروژن مثبت (H+)حل می شود. یک اسید قوی بیشتر از یک اسید ضعیف تشکیل یون های هیدروژنی می دهد. یک قلیا (باز) در آب برای تشکیل یون های هیدروکسید منفی (OH–) حل می شود. باز هم، قلیایی قوی (که می تواند شما را به همان اندازه اسیدهای قوی بسوزاند) بیشتر از ماده قلیائی ضعیف تشکیل یون می دهد.
pH چیست؟
PH یک ماده نشان دهنده یون های هیدروژن است که در حجم معینی از آب تشکیل می شوند. اکثرا آن را به عنوان چیزی شبیه به “قدرت هیدروژن” یا “پتانسیل هیدروژن” تعریف می کنند.
نخستین بار دانشمندی دانمارکی به نام «سورن پیتر لاریتس سورن سن» در سال 1909 میلادی معیاری برای اندازه گیری میزان اسیدی بودن محلول ها پیدا کرد که آن را با یک عدد ساده نشان می داد. سورن سن نام این معیار را PH گذاشت. بنا به تعریف، pH برابر منفی لگاریتم مبنای ۱۰ غلظت مولی یون هیدروژن فعال در محلول است. PH مواد از عدد1 برای مواد بسیار اسیدی شروع شده، عددpH 7 را برای خنثی و عدد pH 14 را برای مواد بسیار قلیایی اختصاص می دهند
pHمتر چگونه کار می کند؟
اگر از کاغذ لیتموس استفاده می کنید، ایده اصلی این است که نمونه رنگ های کمی متفاوت در محلول های بین pH 1 و 14 را نشان می دهد و با مقایسه کاغذ با یک نمودار رنگی، می توانید اسیدی یا قلیایی بودن ماده را بدون نیاز به محاسبه یون هیدروژن در نظر بگیرید. اما این محاسبه اصلا دقت لازم را برای کارهای دقیق ندارد. پس یک phمتر به نوعی باید غلظت یون های هیدروژن را اندازه گیری کند. حال ببینیم این دستگاه چطور این کار را انجام میدهد.
به علت وجود یون هیدروژن به مقدار قابل توجه در یک محلول اسیدی نسبت به یک قلیا، پتانسیل بالایی برای تولید جریان الکتریکی در یک اسید وجود دارد. به عبارت دیگر، اسید کمی شبیه باتری است که می تواند ولتاژ بیشتری تولید کند. phمتر از این مزیت استفاده کرده و مانند یک ولتمتر عمل می کند. بدین طریق که ولتاژ (پتانسیل الکتریکی) تولید شده توسط محلول که اسیدیته ما را مشخص می سازد، را با ولتاژ یک محلول معرف مقایسه می کند و از اختلاف ولتاژ بین آنها به منظور تعیین تفاوت در PH آن دو استفاده می کند.
pHمتر از چه چیزی ساخته شده است؟
PHمتر معمولی دارای دو جزء اساسی است: مبدل دیجیتال با صفحه نمایش عددی و یک پروب که شما آن را در محلول تست قرار می دهید. برای ایجاد جریان برق از یک ماده، شما باید یک مدار الکتریکی کامل ایجاد کنید. بنابراین، برای جریان برق از طریق محلول آزمایش، شما باید دو الکترود (پایانه های الکتریکی) را به آن وصل کنید. اگر pHمتر دارای دو پروب باشد هر یک از آنها یک الکترود جداگانه است؛ اما اگر شما فقط یک پروب داشته باشید، هر دو الکترود در داخل آن برای سادگی و راحتی کاربر ساخته می شوند.
الکترود چیست؟
الکترود های PH مانند الکترودهای معمولی (قطعات ساده سیم فلزی) نیستند. هر کدام یک مجموعه کوچک شیمیائی است که در کنار آن قرار دارد. الکترود مهمترین کار را در PHمتر انجام می دهد. ابزار معمول سنجش در PHمتر های فعلی الکترود شیشه ای نامیده می شود، دارای یک سیم الکتریکی بر پایه نقره است که در محلول کلرید پتاسیم قرار دارد که درون یک لامپ نازک (یا غشاء) قرار دارد که از یک شیشه خاص حاوی نمک های فلزی ساخته شده است (معمولا ترکیبات سدیم و کلسیم). غشای شیشه ای حساس به pH به طور کلی کروی است. این غشاء تا 0.4 میلی متر ضخامت دارد.
الکترود مرجع چیست؟
نوع دیگر الکترود، الکترود مرجع نامیده می شود که به عنوان یک مبنا برای تعیین پتانسیل سایر الکترودها مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای اینکه الکترودی به‌عنوان الکترود شاهد استفاده شود، باید دارای شرایطی باشد که به شرح زیر می‌باشد: دارا بودن پتانسیل ثابت و تکرار شدنی. پلاریزه نشدن برای چگالی‌های جریان کم، موقعی که جریان از آنها عبور می‌کند؛ یعنی بطور برگشت‌پذیر عمل کردن الکترود. و اینکه الکترود باید سطح زیادی داشته باشد و غلظت الکترولیت آن خیلی کم نباشد. از انواع این الکترودها الکترود کالومل یا الکترودهای نقره-کلریدنقره می باشد. این الکترودها در موقع کار کردن، جوابهای تکرار شدنی می‌دهند و مدت‌ها سالم می‌مانند. تهیه آنها ساده است و اکسیژن و نور تأثیری بر پتانسیل آنها ندارد.
اندازه گیری دقیق PH
برای محاسبه pH دقیق، اسیدسنج ها باید به درستی کالیبره شوند. سنجشگر به دقت اندازه گیری ولتاژ را به اندازه های PH تبدیل می کند، بنابراین معمولا قبل از شروع به استفاده از آنها، آزمایش و تنظیم می شود. یک pHمتر را با غوطه ور کردن آن در بافر ها (محلول های آزمایش pH شناخته شده) کالیبره کرده و بر طبق آن سنجشگر را تنظیم کنید. یکی دیگر از مسائل مهم این است که اندازه گیری های pH بستگی به دما دارد. بعضی از سنجشگرها دارای ترمومتر هستند و به صورت خودکار تغییرات PH خود را اصلاح می کنند. این مدل ها اگر احتمالات نوسان دما در هنگام اندازه گیری های مختلف وجود داشته باشند بهترین انتخاب هستند. هرچند بهتر است برای رسیدن به نتیجه مطلوب اندازه گیری های pH را در درجه حرارت به طور یکسان انجام دهید.
چه کسی pHمتر را اختراع کرد؟
در ابتدا، برنده جایزه نوبل فریتز هابر (Fritz Haber (1934-1868 و دانش آموز او، زیگمونت کلمسویچ (1863-1963) Zygmunt Klemsiewicz ، شیمیدان آلمانی برنده جایزه نوبل، در سال 1909، ایده الکترود شیشه ای را توسعه دادند. اما pHمتر الکترونیک مدرن در سال 1934 اختراع شد، زمانی که شیمیدان آمریکایی آرنولد اورویل بکمن (1900-2004م) Arnold Orville Beckman متوجه شد چگونه یک الکترود شیشه ای را به یک آمپلی فایر و ولت متر متصل کند تا ابزار بسیار حساستری ایجاد کند. او در اکتبر 1936 اختراع خود را به ثبت رساند. در سال 1970، Jenco Electronics از تایوان اولین PHمتر دیجیتال قابل حمل را طراحی و روانه بازار کرد. این PHمتر تحت برچسب شرکت کول پارمر Cole-Parmer فروخته شد
انواع PHمترها
شناخت pH در بسیاری از موارد، از جمله آزمایشات شیمیایی، مفید یا حیاتی است. pHمتر برای اندازه گیری خاک در کشاورزی، کیفیت آب برای منابع آب شهری، استخر شنا، اصلاح محیط زیست استفاده می شود؛ همچنین در تولید، بهداشت و درمان و برنامه های کاربردی بالینی مانند شیمی خون؛ و بسیاری از برنامه های کاربردی دیگر. پیشرفت در ابزار و تشخیص، تعداد موضوعاتی را که می توان اندازه گیری های pH را در آن ها انجام داد، گسترش داده است. امروزه این دستگاه ها آنقدر کوچک شده اند که حتی می توانند امکان اندازه گیری مستقیم PH درون سلول های زنده را هم فراهم کنند.
علاوه بر اندازه گیری pH مایعات، الکترودهای مخصوص برای اندازه گیری pH مواد نیمه جامد مانند مواد غذایی نیز در دسترس هستند. به همین دلیل PHمتر ها دارای انواع و اقسام مختلف بوده و گستره وسیعی از ابزار آزایشگاهی را شامل می شوند. اما به طور کلی آن ها از لحاظ کاربرد به چند دسته تقسیم میشوند.
برخی pHمتر ها متشکل از دستگاه های ساده و ارزان مانند قلم هستند که به آن ها PHمتر قلمی می گویند. برخی نیز به دستگاه های آزمایشگاهی پیچیده و گران قیمت با رابط های کامپیوتری و ورودی های چندگانه برای اندازه گیری های شاخص و درجه حرارت برای تنظیم تغییرات pH ناشی از درجه حرارت تبدیل شده اند. در اصطلاح به این دستگاه ها PHمتر رومیزی گفته میشود زیرا کمتر قابلیت جابجایی و حمل دارند. PHمتر ها می توانند خروجی داشته باشند و آن خروجی می تواند دیجیتال یا آنالوگ باشد. از لحاظ منبع تغذیه نیز برخی دستگاه ها می توانند با باطری کار کنند و یا به قدرت بکاررفته در خط (تولید یا کنتر
