Generelt om pH og pH-meter
Et pH-meter er et instrument som brukes til måling av pH-verdier i (ukjente) løsninger. De fleste av pH-meterne måler forskjellen i potensial over en tynn glassmembran, denne kalles også for glasselektrode. [1] Det vi måler med et pH-meter er pH, som er et mål på konsentrasjonen/aktiviteten av H3O+-ioner (oksoniumioner, forenkles ofte til H+-ioner) i en vannløsning. Konsentrasjonen/aktiviteten av H3O+-ioner måles i mol/L, og beregnes ved hjelp av følgende formel: pH = - log [H3O+]. pH måles vanligvis i området fra 0 til 14 pH-enheter, og pH-verdien defineres som den negative logaritmen til H3O+-konsentrasjonen/aktiviteten som vist i formelen. Vi kan også si at pH er et mål på hvor sur eller alkalisk (basisk) en løsning er. ([2] & [3]: Del 3.2 s. 6)
Litt om måleprinsippet til Jenway 3510 pH-meter
Selve pH-meteret (Jenway) fungerer som en forsterker med høy impedans, som veldig presist måler spenningen (elektrodepotensialet) som dannes i elektroden per minutt. pH-meteret viser dette resultatet direkte i pH-enheter på et digitalt display. I tillegg til displayet består pH-meteret av en glasselektrode som måler pH, en referanseelektrode og en temperaturføler. pH-elektroden er en glasselektrode som er sensitiv/selektiv for hydrogenioner. Antall millivolt (mV) som produseres i elektroden (elektrodepotensialet) varierer med forandringer i den relative hydrogenionkonsentrasjonen på innsiden og utsiden av glasselektroden.
Elektrodepotensialet beregnes ved hjelp av Nernst likning:
Forklaringer til formlene:
Ecelle = Cellepotensialet ved aktuell temperatur
E0-celle = Standard cellepotensiale
R = Gasskonstanten, 8.314 472(15) J K−1 mol−1
T = Temperatur i Kelvin
a = Aktiviteten til ionene, både for oksidant (oks) og reduktant (red)
F = Faradays konstant, 9.648 533 99(24)×104 C mol−1
z = Antall mol elektroner av elektroner i cellereaksjonen eller halvreaksjonen
Q = Reaksjonskvotienten
Glasselektroden er uten tvil den mest viktige måle-/indikatorelektroden for hydrogenioner. Den er praktisk å bruke og har få interferenser sammenlignet med andre pH-elektroder. Glasselektrodesystemet er et allsidig verktøy for måling av pH-måling under forskjellige forhold. Glasselektroden kan brukes uten interferens i løsninger som inneholder sterke oksidanter, sterke reduktanter, gasser og proteiner. Også veldig viskøse løsninger kan det måles pH i med denne typen elektrode. Referanseelektroden er en halvcelle som består av blant annet en indre elektrode. Denne indre elektroden består vanligvis av en sølv/sølvklorid-tråd, en elektrolytt ( her KCl) og en "åpning" med en porøs plugg. Den porøse pluggen gjør at den interne elektrolytten kommer i kontakt med prøveløsningen (som det skal måles pH på) slik at det oppstår elektrisk kontakt mellom de to løsningene. Hvis den porøse pluggen er lite effektiv vil målingen bli unøyaktig. Det mest vanlige er at referanseelektroden og glasselektroden/måleelektroden står sammen i en kombinert elektrode, og slik er det også i Jenway 3510 pH-meteret. Spenningen/elektrodepotensialet som hver individuelle pH-elektrode danner ved en kjent hydrogenionekonsentrasjon er mulig å beregne teoretisk, men avvik fra de teoretiske beregningene forventes. Disse avvikene vil forandres gradvis gjennom elektrodens levetid, og det er derfor veldig viktig å kalibrere pH-meteret jevnlig med buffere som har kjent og konstant pH-verdi. pH-meteret på studentlaboratoriet bør kalibreres hver dag det skal brukes. (For mer om kalibrering, se link under video lengre ned). For en mer detaljert beskrivelse av en glasselektrode/ioneselektiv elektrode (ISE), se fagsiden om ISE. ([3] del 3.2 s. 6-7 & [4] s. 567.)
Bilde 3: Oppbygging av en kombinert glasselektrode (for H+-ioner) med måle- og referanseelektrode.
Bruk av Jenway 3510 pH-meter
På studentlaboratoriet i medisinsk laboratorieteknologi brukes Jenway 3510 pH-meter til pH-målinger i vannløsninger. Hvordan dette gjøres i praksis kan du se her:
(I denne videoen gjøres kalibreringen av pH-meteret med 2 buffere, altså en 2-punktskalibrering. For mer om kalibrering av pH-meteret generelt og hvordan en 3-punktskalibrering gjøres, se siden om kalibrering og pH-meter.)
Kilder:
Nettsider:
[1] https://snl.no/pH-meter Nedlastet 27.09.14, kl 13:25.
[2] https://snl.no/pH Nedlastet 27.09.14, kl 13:35.
[3] http://www.jenway.com/adminimages/New_3510.pdf Nedlastet 27.09.14, kl 14:45.
Bøker:
[4] Skoog D., West D., Holler J. & Crouch S.: Skoog and West's Fundamentals of Analytical Chemistry. 9th edition. Brooks/Cole, Cengage Learning. 2014.
Bilder:
Bilde 1 og 2 (Nernst likning)
Bilde 2 (pH-elektrode)