Podstawowa zasada pomiaru pH
Znaną i starożytną metodą pomiaru prądu zerowego stosowaną do określenia procesów reakcji chemicznych jest prawdopodobnie pomiar pH. Ogólnie rzecz biorąc, pomiar pH służy do określenia kwasowości lub zasadowości roztworu. Nawet chemicznie czysta woda ulega śladowej dysocjacji, a jej równanie jonizacji wygląda następująco: H2O H2O=H3O-OH - (1) Ze względu na fakt, że dysocjuje tylko bardzo mała ilość wody, stężenie molowe jony są na ogół ujemnym wykładnikiem potęgowym. Aby uniknąć stosowania do obliczeń ujemnego wykładnika potęgowego stężenia molowego, biolog Sorensen zasugerował w 1909 r. zastąpienie tej niewygodnej wartości logarytmem i zdefiniowanie jej jako „wartości pH”. Matematycznie wartość pH definiuje się jako logarytm ujemny powszechnie stosowanego stężenia jonów wodorowych. Oznacza to, że pH=jeden log [H]
(2) Ze względu na silną zależność produktu jonowego od temperatury, dla wartości pH sterującego procesem konieczna jest jednocześnie znajomość charakterystyki temperaturowej roztworu. Dopiero gdy mierzone medium ma tę samą temperaturę, można porównać jego wartość pH. Aby uzyskać powtarzalną wartość pH, do pomiaru pH wykorzystuje się analizę potencjometryczną. Elektrodę stosowaną w metodzie analizy potencjału nazywa się baterią podstawową. Napięcie tego akumulatora nazywa się siłą elektromotoryczną (EMF). Ta siła elektromotoryczna (EMF) składa się z dwóch i pół baterii. Jedna z półogniw nazywana jest elektrodą pomiarową, a jej potencjał jest powiązany z konkretną aktywnością jonów; Drugie półogniwo to półogniwo odniesienia, powszechnie zwane elektrodą odniesienia, które jest zwykle podłączone do roztworu pomiarowego i podłączone do przemysłowego pehametru. Punktem odniesienia dla wszystkich pomiarów potencjału jest standardowa elektroda wodorowa. Standardową elektrodą wodorową jest drut platynowy powlekany galwanicznie (powlekany) chlorkiem platyny i otoczony gazowym wodorem. Najbardziej znaną i powszechnie stosowaną elektrodą wskaźnikową pH jest elektroda szklana. Jest to szklana rurka z nadmuchaną na końcu szklaną folią wrażliwą na pH. Probówkę napełnia się roztworem buforowym KCI zawierającym nasycony AgCl o wartości pH 7. Różnica potencjałów istniejąca po obu stronach folii szklanej i odzwierciedlająca wartość pH jest zgodna ze wzorem Nernsta: E=Eo. 1n [H3oq (3) n.] We wzorze E jest potencjałem; E jest standardowym napięciem elektrody; R jest stałą gazową; T to temperatura Kelvina; F jest stałą Faradaya; N jest wartościowością mierzonego jonu; [HO] to aktywność jonu HO. Jak widać z powyższego równania, istnieje pewna zależność pomiędzy potencjałem E a aktywnością i temperaturą jonów HO. W określonej temperaturze, mierząc potencjał E, można obliczyć ln [HO] (przeliczone na log [HO] w celu uzyskania pH), co jest podstawową zasadą wykrywania pH. We wzorze Nernsta temperatura odgrywa znaczącą rolę jako zmienna. Wraz ze wzrostem temperatury wartość potencjalna również wzrośnie. Każdy wzrost temperatury o 1 stopień powoduje zmianę potencjału o 0,2 mV/pH. Reprezentowana przez wartość pH, wartość pH zmienia się o 0,0033 na LPH na I~C. Oznacza to, że w przypadku pomiarów w okolicach 20-30 stopnia i 7 pH nie ma potrzeby kompensowania zmian temperatury; W przypadku zastosowań w temperaturach wyższych niż 30 stopni lub mniejszych niż 20 stopni i wartościach pH większych niż 8 lub mniejszych niż 6, należy kompensować zmiany temperatury.
