Корисник:МаркоМиxа17/песак

Бекманов модел M пХ метра, 1937[1]

пХ метар је научни инструмент који мери активност водоничних јона у воденим растворима, указујући на њихову киселост или алкалност изражену као пХ.[2] пХ метар мери разлику у електричном потенцијалу између пХ електроде и референтне електроде, па се пХ метар понекад назива "потенциометријски пХ метар". Разлика у електричном потенцијалу односи се на киселост или пХ раствора.[3] Тестирање пХ помоћу пХ метара (пХ-метрија) користи се у многим применама, од лабораторијских експеримената до контроле квалитета.[4]

Примене

Брзина и исход хемијских реакција које се одвијају у води често зависе од киселости воде, те је корисно знати киселост воде, која се обично мери помоћу пХ метра.[5] Познавање пХ је корисно или критично у многим ситуацијама, укључујући хемијске лабораторијске анализе. пХ метри се користе за мерења пХ вредности земљишта у пољопривреди, квалитету воде за комуналне водоводе, базене, санацију животне средине, производњу вина или пива, производњу, здравствене и клиничке примене попут хемије крви, и многе друге примене.[6]

Бекманов модел 72 пХ метра, 1960

Напредак у инструментацији и детекцији проширио је број примена у којима се пХ мерења могу изводити. Уређаји су миниатуризовани, омогућујући директно мерење пХ унутар живих ћелија.[6] Поред мерења пХ течности, посебно дизајниране електроде су доступне за мерење пХ получврстих супстанци, попут хране. Ове електроде имају врхове погодне за пробијање получврстих супстанци, материјале електрода компатибилне са састојцима у храни и отпорне су на зачепљење.[7]

Дизајн и употреба

Принцип рада

Потенциометријски пХ метри мере напон између две електроде и приказују резултат конвертован у одговарајућу пХ вредност. Састоје се од једноставног електронског појачивача и пара електрода, или алтернативно комбиноване електроде, и неког облика дисплеја калибрисаног у пХ јединицама. Обично има стаклену електроду и референтну електроду, или комбиновану електроду. Електроде, или сонде, убацују се у раствор који се тестира.[8] пХ метри могу такође бити базирани на антимон електроди (обично се користи за грубе услове) или кинонхидрон електроди.

781 пХ/јон метар пХ метар од Метрома

Коришћење једног од првих Бекманових пХ метара у лабораторији

Да би се тачно измерила разлика потенцијала између две стране стаклене мембране референтне електроде, обично је потребна електрода од сребро-хлорида или каломел електрода са сваке стране мембране. Њихова сврха је да мере промене у потенцијалу на њиховим одговарајућим странама. Једна је уграђена у стаклену електроду. Друга, која долази у контакт са тестним раствором преко порозног чепа, може бити одвојена референтна електрода или може бити уграђена у комбиновану електроду. Резултујући напон ће бити разлика потенцијала између две стране стаклене мембране, могуће компензована неком разликом између две референтне електроде, која се може компензовати. Чланак о стакленој електроди има добар опис и слику.

Дизајн електрода је кључни део: То су структуре у облику штапа обично направљене од стакла, са сијалицом која садржи сензор на дну. Стаклена електрода за мерење пХ има стаклену сијалицу посебно дизајнирану да буде селективна за концентрацију водоничних јона. При урањању у раствор који се тестира, водонични јони у тестном раствору мењају се са другим позитивно наелектрисаним јонима на стакленој сијалици, стварајући електрохемијски потенцијал преко сијалице. Електронски појачивач детектује разлику у електричном потенцијалу између две електроде генерисану у мерењу и конвертује разлику потенцијала у пХ јединице. Величина електрохемијског потенцијала преко стаклене сијалице је линеарно повезана са пХ према Нернстовој једначини.

Референтна електрода је неосетљива на пХ раствора, састављена од металног проводника, који је повезан са дисплејом. Овај проводник је уроњен у електролит раствор, обично калијум хлорид, који долази у контакт са тестним раствором преко порозне керамичке мембране.[9] Дисплеј се састоји од волтметра, који приказује напон у јединицама пХ.[9]

При урањању стаклене електроде и референтне електроде у тестни раствор, електрично коло је завршено, у којем се ствара потенцијална разлика и детектује волтметаром. Круг се може замислити као да иде од проводног елемента референтне електроде до околног раствора калијум-хлорида, кроз керамичку мембрану до тестног раствора, стакла селективног за водоничне јоне стаклене електроде, до раствора унутар стаклене електроде, до сребра стаклене електроде, и коначно до волтметра уређаја за приказивање.[9] Напон варира од тестног раствора до тестног раствора у зависности од потенцијалне разлике створене разликом у концентрацијама водоничних јона на свакој страни стаклене мембране између тестног раствора и раствора унутар стаклене електроде. Све остале потенцијалне разлике у кругу не варирају са пХ и коригују се калибрацијом.[9]

Ради једноставности, многи пХ метри користе комбиновану сонду, конструисану са стакленом електродом и референтном електродом смештеном унутар једне сонде. Детаљан опис комбинованих електрода дат је у чланку о стакленим електродама.[10]

пХ метар се калибрише растворима познатог пХ, обично пре сваке употребе, како би се осигурала тачност мерења.[11] Да би се измерио пХ раствора, електроде се користе као сонде, које се урањају у тестне растворе и држе довољно дуго да се водонични јони у тестном раствору изједначе са јонима на површини сијалице стаклене електроде. Ово изједначавање обезбеђује стабилно пХ мерење.[12]

Дизајн пХ електроде и референтне електроде

Детаљи израде и резултирајуће микроструктуре стаклене мембране пХ електроде чувају се као пословне тајне произвођача.[13]: 125  Међутим, одређени аспекти дизајна су објављени. Стакло је чврсти електролит, за који алкално-метални јони могу носити струју. Стаклена мембрана осетљива на пХ обично је сферична како би се поједноставила производња униформне мембране. Ове мембране су до 0,4 милиметара дебљине, дебље од оригиналних дизајна, како би сонде биле издржљиве. Стакло има силикатну хемијску функционалност на својој површини, што обезбеђује места за везивање алкално-металних јона и водоничних јона из раствора. Ово обезбеђује капацитет за јонску измену у опсегу од 10−6 до 10−8 мол/цм2. Селективност за водоничне јоне (Х+) произлази из равнотеже јонског наелектрисања, захтева за волуменом наспрам других јона и координационог броја других јона. Произвођачи електрода развили су композиције које адекватно балансирају ове факторе, најпознатије литијум стакло.[13]: 113–139 

Сребро-хлорид електрода се најчешће користи као референтна електрода у пХ метрима, иако неки дизајни користе засићену каломел електроду. Сребро-хлорид електрода је једноставна за производњу и пружа високу репродуктивност. Референтна електрода обично се састоји од платинасте жице која је у контакту са смешом сребро/сребро-хлорида, која је уроњена у раствор калијум-хлорида

Одржавање

Због осетљивости електрода на контаминанте, чистоћа сонди је кључна за тачност и прецизност. Сонди се обично чувају влажним када нису у употреби уз средство које одговара одређеној сонди, што обично представља воденасту отопину која је доступна од произвођача сонда.[11][15] Произвођачи сонда пружају упутства за чишћење и одржавање својих дизајна сонди.[11] На пример, један произвођач лабораторијских пХ мерача даје упутства за чишћење одређених контаминаната: општо чишћење (15-минутно потапање у раствору хлора и детерџента), со (раствор хлороводоничне киселине затим раствор натријум-хидроксида и воде), маст (детерџент или метанол), зачепљење референтног споја (раствор КЦл), наслаге протеина (пепсин и ХЦл, раствор 1%), и ваздушни мехурићи.

Калибрација и рад

5.739 пХ/јон на температури од 23 °Ц приказан на фотографији. пХ 7110 пХ метар произвођача иноЛаб

Немачки Институт за стандардизацију објављује стандард за мерење пХ вредности користећи пХ метар, ДИН 19263.

Веома прецизна мерења захтевају калибрацију пХ метра пре сваког мерења. Чешће се калибрација обавља једном дневно током рада. Калибрација је неопходна јер стаклена електрода не даје репродуковане електростатичне потенцијале током дужих временских периода.

У складу са принципима добре лабораторијске праксе, калибрација се врши са најмање две стандардне растворе за калибрацију које покривају опсег пХ вредности које треба мерити. За општу употребу, раствори пХ 4,00 и пХ 10,00 су погодни. пХ метар има једну контролу за калибрацију која подешава очитање метра на вредност првог стандардног раствора и другу контролу за подешавање очитања метра на вредност другог раствора. Трећа контрола омогућава подешавање температуре. Стандардне кесице са растворима, доступне од различитих добављача, обично документују температурну зависност контроле раствора. Прецизнија мерења понекад захтевају калибрацију на три различите пХ вредности. Неки пХ метри обезбеђују уграђену корекцију коефицијента температуре, са температурним термопарима у електродама. Процес калибрације корелира напон произведен од стране сонде (приближно 0,06 волти по јединици пХ) са пХ скалом. Добра лабораторијска пракса налаже да се након сваког мерења, сонде исперу дестилованом водом или дејонизованом водом како би се уклонили трагови раствора који се мери, обрису специјалним ватом за лабораторијске сврхе како би се упила преостала вода, која би могла да разблажи узорак и тиме промени очитање, а затим потопе у раствор за складиштење погодан за одређени тип сонде.

Једноставан пХ метар

Типови пХ метара

Уопштено, постоје три главне категорије пХ метара. Стојећи пХ метри често се користе у лабораторијама и служе за мерење узорака који се доносе на анализу пХ метру. Преносни или теренски пХ метри су ручни уређаји за мерење пХ вредности узорка на терену или производном месту. Уграђени или ин ситу пХ метри, такође названи пХ анализатори, користе се за континуирано мерење пХ вредности у процесу и могу радити независно или бити повезани са вишим нивоом информационог система за контролу процеса.

пХ метри варирају од једноставних и јефтиних уређаја сличних оловкама до сложених и скупих лабораторијских инструмената са рачунарским интерфејсима и више улаза за унос индикатора и температура како би се прилагодили варијацијама пХ вредности узрокованих температуром. Излаз може бити дигиталан или аналогни, а уређаји могу бити напајани батеријама или се ослањати на мрежно напајање. Неке верзије користе телеметрију за повезивање електрода са дисплејом волтметра.

пХ метар земљишта

Посебни метри и сонде доступни су за употребу у специјалним апликацијама, попут сурових окружења и биолошких микроокружења. Постоје и холографски пХ сензори, који омогућавају цолориметријско мерење пХ вредности, користећи разноврсне пХ индикаторе који су доступни. Додатно, комерцијално су доступни пХ метри засновани на електродама чврстог стања, уместо конвенционалних стаклених електрода.

Историја

Концепт пХ вредности дефинисан је 1909. године од стране С. П. L. Сøренсена, а електроде су коришћене за мерење пХ вредности 1920-их година.

"Нови Бекмнаов џепни пХ метар",1956

У октобру 1934. године, Арнолд Орвилле Бецкман регистровао је први патент за комплетни хемијски инструмент за мерење пХ вредности, под бројем патента 2,058,761 у Сједињеним Америчким Државама, за свој "ацидиметер", касније преименован у пХ метар. Бецкман је развио прототип као асистент професора хемије на Калифорнијском институту за технологију, када је замољен да осмисли брз и прецизан метод за мерење киселости лимуновог сока за "Цалифорниа Фруит Гроwерс Еxцханге" (Сункист).

1. априла 1935. године, Бецкманово преименовано Национално техничко лабораторије фокусирало се на производњу научних инструмената, са Артхур Х. Тхомас Цомпанy као дистрибутером његовог пХ метра. У првој пуној години продаје, 1936. године, компанија је продала 444 пХ метра за 60.000 долара. У наредним годинама, компанија је продала милионе јединица. 2004. године, Бецкман пХ метар је добио статус АЦС Националног историјског хемијског споменика у признању његовог значаја као првог комерцијално успешног електронског пХ метра.

Радиометер Цорпоратион из Данске основана је 1935. године и почела је продају пХ метра за медицинску употребу око 1936. године, али "развој аутоматских пХ метара за индустријске сврхе је био запостављен. Уместо тога, амерички произвођачи инструмената успешно су развили индустријске пХ метаре са широким спектром примена, као што су у пиварама, папирним фабрикама, фабрикама алуминијума и системима за третман воде."

Током 1940-их година, електроде за пХ метар су често биле тешке за израду или нису биле поуздане због крхког стакла. Др. Wернер Инголд почео је да индустријски производи једнородне мерне ћелије, комбинацију мерне и референтне електроде у јединици за конструкцију, што је довело до шире прихваћености у разним индустријама, укључујући и производњу фармацеутских производа.

Бецкман је већ 1956. године пласирао на тржиште преносни "Поцкет пХ Метер", али није имао дигитални приказ. Током 1970-их година, Јенцо Елецтроницс из Тајвана дизајнирао је и произвео први преносни дигитални пХ метар. Овај мерач је продаван под етикетом компаније Цоле-Пармер Цорпоратион.

Израда пХ метра

За израду електрода потребна је специјализована производња, а детаљи њиховог дизајна и конструкције обично су пословна тајна. Међутим, уз куповину одговарајућих електрода, стандардни мултиметар може се користити за завршетак изградње пХ метра. Ипак, комерцијални добављачи нуде дисплеје волтметера који поједностављују употребу, укључујући и калибрацију и компензацију температуре.

Референце

1. "Бецкман Цоултер Продуцт Милестонес" (ПДФ). Бецкман Цоултер. Ретриевед 5 Април 2017.

2. "пХ метер". Енцyцлопæдиа Британница Онлине. 2016. Ретриевед 10 Марцх 2016.

3. Оxфорд Дицтионарy оф Биоцхемистрy анд Молецулар Биологy (2 ед.), ед. Рицхард Цаммацк, Тереса Атwоод, Петер Цампбелл, Хоwард Парисх, Антхонy Смитх, Франк Велла, анд Јохн Стирлинг, Оxфорд Университy Пресс 2006, ИСБН 9780198529170

4. "пХ Меасуремент анд Валуе". Глобал Wатер. Xyлем, Инц. Ретриевед 21 Марцх 2017.

5. Белл, Роналд Перцy. "Ацид-Басе Реацтион". Енцyцлопаедиа Британница. Енцyцлопаедиа Британница, Инц. Ретриевед 21 Марцх 2017.

6. Лоиселле, Ф.Б.; Цасеy, Ј.Р. (2010). "Меасуремент оф Интрацеллулар пХ". Мембране Транспортерс ин Друг Дисцоверy анд Девелопмент. Метходс ин Молецулар Биологy. Вол. 637. пп. 311–31. дои:10.1007/978-1-60761-700-6_17. ИСБН 978-1-60761-699-3. ПМИД 20419443.

7. "пХ Меасуремент Хандбоок" (ПДФ). ПрагоЛаб. Тхермо Сциентифиц, Инц. Ретриевед 22 Марцх 2017.

8. Риддле, Петер (2013). "пХ метерс анд тхеир елецтродес: цалибратион, маинтенанце анд усе". Тхе Биомедицал Сциентист. Април: 202–205.

9. Антхони, Ј. Флоор. "пХ Метер Принциплес". сеафриендс.орг. Сеафриендс Марине Цонсерватион анд Едуцатион Центре. Ретриевед 28 Марцх 2017.

10. Ванýсек, Петр (2004). "Тхе Гласс пХ Елецтроде" (ПДФ). Интерфаце. Но. Суммер. Тхе Елецтроцхемицал Социетy. пп. 19–20. Ретриевед 3 Април 2017.

11. Битесизе Био: Хоw то Царе фор Yоур пХ Метер, Стеффи Магуб, 18 Маy 2012.

12. "Тхеорy анд Працтице оф пХ Меасуремент" (ПДФ). Емерсон Процесс Манагемент. Децембер 2010. Арцхивед фром тхе оригинал (ПДФ) он 2016-10-20. Ретриевед 2017-04-03.

13. Галстер, Хелмутх (1991). пХ Меасуремент: Фундаменталс, Метходс, Апплицатионс, Инструментатион. Wеинхеим: ВЦХ Публисхерс, Инц. ИСБН 978-3-527-28237-1.

14. Лтд, W Г Пyе анд Цо (1962). "Потентиометриц пХ Метер". Јоурнал оф Сциентифиц Инструментс. 39 (6): 323. дои:10.1088/0950-7671/39/6/442.

15. МРЦ лаб: Хоw то Сторе, Цлеан, анд Рецондитион пХ Елецтродес Арцхивед 2015-09-22 ат тхе Wаyбацк Мацхине.

16. Цлеанинг елецтродес.

17. "пХ Меасуремент - пХ Меасуринг Цхаинс". Беутх публисхинг ДИН. Беутх Верлаг ГмбХ. Ретриевед 28 Марцх 2017.

18. "Хоw то перформ а пХ метер цалибратион". алл-абоут-пХ.цом. Ретриевед 14 Децембер 2016.

19. "Wхат ис а пХ Метер анд Хоw Доес ит Wорк?". Меттлер-Толедо ЛЛЦ. Ретриевед 21 Јулy 2021.

20. "А гуиде то пХ Меасуремент Тхеорy анд Працтице". Меттлер-Толедо ЛЛЦ. Ретриевед 21 Јулy 2021.

21. Олсон, Вицкие (2015-04-15). "Хоw то Селецт а пХ Сенсор фор Харсх Процесс Енвиронментс". аутоматион.иса.орг. Интернатионал Социетy фор Аутоматион. Ретриевед 31 Марцх 2017.

22. АК Yетисен; Х Бутт; Ф да Цруз Васцонцеллос; Y Монтелонго; ЦАБ Давидсон; Ј Блyтх; ЈБ Цармодy; С Вигнолини; У Стеинер; ЈЈ Баумберг; ТД Wилкинсон; ЦР Лоwе (2013). "Лигхт-Дирецтед Wритинг оф Цхемицаллy Тунабле Нарроw-Банд Холограпхиц Сенсорс". Адванцед Оптицал Материалс. 2 (3): 250. дои:10.1002/адом.201300375. С2ЦИД 96257175.

23. "пХ Елецтроде". пХ-метер.инфо. Ретриевед 30 Марцх 2017.

24. Травис, Антхонy С.; Сцхрöтер, Х.Г.; Хомбург, Е.; Моррис, П.Ј.Т. (1998). Детерминантс ин тхе еволутион оф тхе Еуропеан цхемицал индустрy : 1900-1939 : неw тецхнологиес, политицал фрамеwоркс, маркетс анд цомпаниес. Дордрецхт: Клуwер Ацад. Публ. п. 332. ИСБН 978-0-7923-4890-0. Ретриевед 29 Маy 2015.

25. Арнолд Тхацкраy & Минор Мyерс, Јр. (2000). Арнолд О. Бецкман : оне хундред yеарс оф еxцелленце. фореwорд бy Јамес D. Wатсон. Пхиладелпхиа, Па.: Цхемицал Херитаге Фоундатион. ИСБН 978-0-941901-23-9.

26. "Девелопмент оф тхе Бецкман пХ Метер". Натионал Хисториц Цхемицал Ландмаркс. Америцан Цхемицал Социетy. Ретриевед Марцх 25, 2013.

27. Лутхер, Цлаудиа (Маy 19, 2004). "Арнолд О. Бецкман, 104". Цхицаго Трибуне Неwс. Ретриевед 8 Марцх 2014.

28. Јаехниг, Кентон Г. Финдинг Аид то тхе Бецкман Хисторицал Цоллецтион 1911 - 2011 (Булк 1935 - 2004 ). Ретриевед 30 Оцтобер 2015. Цлицк он 'Бецкман Хисторицал Цоллецтион Финдинг Аид' то го то фулл доцумент.  : |wебсите= игноред (хелп)

29. 15.3.1957: Енглисх Патент – Меасуринг ассемблиес фор тхе детерминатион оф ион цонцентратионс анд редоx потентиалс, партицуларлy суитабле фор царрyинг оут меасурементс ат елеватед температурес. Патент Но. 850177

30. Др. А. Фиецхтер, Др. W. Инголд унд А. Баерфусс, Цхемие-Ингениеур-Тецхник 10 (1964) 1000-1004: "Дие пХ-Контролле ин дер микробиологисцхен Верфахренстецхник"

31. "Хере'с тхе неw Бецкман Поцкет пХ Метер". Сциенце Хисторy Институте. 1956. Ретриевед 6 Аугуст 2019.

32. Буие, Јохн. "Еволутион оф тхе пХ Метер". Лаб Манагер. Ретриевед Оцтобер 7, 2010. 33. "Буилдинг тхе Симплест Поссибле пХ Метер". 66пацифиц.цом. Ретриевед 29 Марцх 2017.