PH متر یا پی اچ سنج چیست و چه کاربردی در صنعت چاپ دارد ؟ - پی سی باران

نوشتار حاضر کوشش کوچکی است در جهت معرفی ساختار دستگاه سنجش PH، روش کار با این دستگاه و اصول نگهداری آن برای استفاده کارشناسان مسئول فرآیند فراوری در واحدهای فراوری محصولات سلولزی.

PH meter دستگاهی است که برای اندازه گیری قدرت اسیدی یا قلیایی (acidity or basicity) یک محلول به کار میرود. این دستگاه عموما از یک بخش محاسب الکترونیکی که یک نشانگر دیجیتال هم بر روی آن تعبیه شده و یک الکترود تشکیل شده است. الکترود معمولا از نوع شیش های است که به الکترودهای انتخاب یونی هم معروف هستند. یک الکترود شیش های به طور کلی شامل اجزا زیر است:

• حسگر، که معمولا به شکل حباب در انتهای الکترود قرار گرفته و از جنس شیشه مخصوصی است.
• در سطح داخلی حسگر بعضی از الکترودها، رسوب کلرید نقره دیده میشود.
• الکترولیت داخلی، که معمولا اسید کلریدریک0/1مولار است.
• د الکترود داخلی که معمولا کلرید نقره است.
• بدنه الکترود که از شیشه یا پلاستیک نارسانا تهیه می شود.
• الکترود مرجع که بیشتر موارد از جنس الکترود داخلی است.
• و پیوندگاه یا محل الحاق با محلول مورد آزمایش که از جنس سرامیک و یا موئینههایی از جنس آزبست و یا فیبر کوآرتز است.

الکترود به صورت دو لوله که یکی در درون دیگری قرار گرفته ساخته شده است. لوله درونی محتوى الکترولیت غیر قابل تعویض شامل مخلوطی از محلول کلرید پتاسیم و محلول1/0مولار اسید کلریدریک است و در درون این الکترولیت، الکترود کاتد قرار گرفته است.

هر دو لوله محتوی یک نوع الکترولیت میباشند ولی تنها الکترولیت لوله خارجی است - که از طریق پیوندگاه که همانند یک پل نمکی عمل میکند - میتواند با محلول های بیرون محیط الکترود ارتباط برقرار نماید. به همین خاطر ترکیب یونی الکترولیت داخلی همواره ثابت است ولی الکترولیت خارجی با تبادل یونی که با محیط خارج دارد، مدام در حال تغییر است.

به همین سبب، توصیه میشود که الکترود پس از انتها کار در محلول کلرید پتاسیم قرار گیرد تا تغییرات یونی که در هنگام استفاده از دستگاه در الکترولیت خارجی ایجاد شده جبران شود.

سطح داخلی و خارجی حباب حسگر از طریق یک ژل آبدار مخصوص به قطر تقریبی 10 نانومتر پوشش داده شده است. جنس حباب از شیشه سیلیکونی ویژه ای است که به یونهای سدیم اجازه عبور میدهد. هنگامی که یون های هیدروژن از محیط خارج به ژل خارجی نفوذ مینمایند یون های سدیم موجود در ژل از طریق جدار شیش های به ژل درونی منتقل شده و بار الکتریکی الکترولیت داخلی را تغییر میدهند. این تغییر بار از طریق PH meter اندازه گیری شده و به صورت PH نمایش داده می شود. عکس این اتفاق هنگامی می افتد که یون های با بار منفی OH- به ژل خارجی نفوذ نمایند.

دستگاه چگونه PH را محاسبه می نماید؟

PH meter در حقیقت با ولت متر تفاوت چندانی ندارد اما به جای ولتاژ، با یک محاسبه ساده اندازه عددی PH را نمایش می دهد. در واقع به ازای هر یک درجه کاهش +0059/0 ولت (59 میلی ولت)| از الکترود عبور می نماید. بسیاری از PH مترها دارای امکان نمایش اندازه ولتاژ هم میباشند که بر طبق مواردی که گفته خواهد شد به کار تشخیص سلامت الکترود می آید.

اندازه کردن PH متر (calibration)

قبل از کار با PH متر باید الکترود آن را تنظیم (کالیبره) نمود. برای تنظیم یک الکترود دست کم احتیاج به دو محلول با PH معین داریم. این محلولها بیشتر شامل بافرهای 4، 7 و 10 می باشند.

نحوه کالیبره کردن یک PH متر بستگی به نوع آن دارد ولی به طور کلی همگی از یک فرایند تبعیت مینمایند. مرحله اول تنظیم دما است. در بعضی از دستگاهها تنظیم دما به طور اتوماتیک انجام می شود و در بعضی دیگر باید آنرا به طور دستی وارد کرد.

در اندازه گیری PH ضروری است حتما اثرات درجه حرارت را تاثیر داده و به آن توجه کافی کرد. تجربه ثابت کرده است درجه حرارت، هم در اندازه PH تغییراتی ایجاد نموده و هم محلول مورد آزمایش را یوهمه میکند. به همین خاطر محلولها در دماهای متفاوت، به خاطر وجود غلظت یون هیدروژن به اندازه کم یا زیاد، PH های گوناگونی را از خود نشان میدهند.

بر روی اغلب PH مترها ابزاری برای این عمل تعبیه شده است و در نتیجه میتوان دستگاه را در درجه حرارت های گوناگون تنظیم کرد. برای این منظور ابتدا درجه حرارت محلول را از طریق دماسنج اندازه گیری کرده و دکمه حرارت را روی در چه اندازهگیری شده قرار می دهند مرحله بعد استفاده از بافر 7 میباشد. در حالت دو تنظیمه همواره اول از محلول بافر 7 بهره ببرید. الکترود را شسته و خشک کنید و سپس آن را در بافر 7 قرار دهید. مراقب باشید نوک الکترود صدمه نبیند. صبر کنید تا نمایشگر دستگاه بر روی یک عدد توقف کند.

PH مترهای مدرن، نوع بافر را تشخیص داده و به طور اتوماتیک تغییرات مورد احتیاج را انجام میدهند ولی در دیگر دستگاهها باید تنظیمات به صورت دستی انجام شود. در این صورت با استفاده از دکمه مربوطه PH را بر روی 7 تنظیم نمایید. گاهی اوقات نشانگر دستگاه دچار نوسان میشود. اگر این نوسان کم باشد سعی کنید با تغییر ملایم و تدریجی دکمه، برترین موقعیت را انتخاب نمایید.

نوسانات شدید در نشانگر PH متر دلیل بر یک مشکل فنی است. این مشکل میتواند به دلایل زیادی از جمله نقص اتصال در سیمها و فیشها، نقص و خرابی در الکترود، ضعیف شدن باتری دستگاه نفوذ رطوبت و بخار آب به دستگاه و … ایجاد شود.

در PH متر های رومیزی که با برق شهر کار مینمایند، این نوسان میتواند به دلیل ایجاد الکتریسیته ساکن در دستگاه و عدم تخلیه آن بروز نماید. دقت کنید اتصال به زمین در این گونه دستگاهها برقرار باشد مرحله بعدی کالیبراسیون به شرایط کار شما بستگی دارد. اگر با محیط اسیدی کار میکنید از بافر 4 و اگر با محیط قلیایی سرو کار دارید از بافر 10 استفاده نمایید. اگر وسعت کار شما شامل محیط اسیدی و قلیایی میشود از هردو با استفاده نمایید.

اما در این شرایط توصیه میشود از دو PH متر بهره ببرید. الکترود را با آب مقصلر شسته و خشک کنید سپس آنرا در بافر دوم (4 یا 10) قرار دهید. پس از توقف نشانگر، دستگاه را با دکمه مربوطه تنظیم کنید تا نشانگر، PH صحیح را نمایش دهید. دقت کنید گاز دی اکسید کربن موجود در هوا میتواند PH بافرها را تغییر دهد بنابراین همواره بافر ها را در ظرف های در بسته با اندازه مناسب نگهداری کنید و سعی کنید از محلول های تازه استفاده نمایید.

چگونه بدانیم الکترود درست کار میکند؟

در یک الکترود، پارامتر های مختلفی قابل اندازه گیری است از جمله اندازه نشتی الکترولیت در 26 ساعت و اندازه مقاومت الکتریکی الکترود، که بر دقت کار آن دلالت دارند. اما از همه عملی تر و آسانتر آنالیز و اندازه گیری اندازه ولتاژ عبوری از الکترود در PHهای مختلف است. روش کار به توضیح زیر است:

دکمه نمایشگر PH متر را بر روی میلی ولت تنفلیم کنید. اگر PH متر شما فاقد این گزینه است از یک دستگاه دیگر و یا از یک ولت متر دقیق بهره ببرید. پس از تنظیم دما، الکترود را در بافر 7 قرار دهید. اندازه ولتاژ الکترود در بافر 7 در بسیاری از الکترودهای معمول حدود 15 میلیولت است (نقطه ایزو پتانسیل Isopotential point) تغییر ولتاژ الکترود به ازای هر (slope) PH 50 تا 11 میلی ولت است. برای کنترل slpoe الکترود را به بافر 4 منتقل نمایید. دستگاه می بایست ولتاژ 184 - 166 میلی ولت را نمایش دهد.

نگهداری از الکترودهای PH متر

الکترودها را به دو روش خشک و مرطوب نگهداری مینمایند. در روش مرطوب، الکترود را میتوان در زمان کوتاهی برای استفاده آماده کرد، چرا که تغییرات اندکی در دیواره های آن در زمان نگهداری ایجاد میشود. در این روش الکترود در محلول 3 تا 4 مولار کلرید پتاسیم قرار میگیرد. بیشتر آنها دارای یک ظرف مخصوص ایزوله می باشند که در هنگام خرید، الکترود در آن نگهداری میشود. این ظرف را دور نیندازید چرا که برای نگهداری طولانی مدت برترین وسیله است. در روش خشک الکترولیت خارجی را تخلیه کرده و با آب مقطر یا RO کاملا آبکشی کرده صبر کنید تا کاملا خشک شود، الکترودهای ژل های را تنها به روش مرطوب میتوان نگهداری کرد. هرگز آنها را در آب مقطر یا RO قرار ندهید.

چگونه الکترود PH متر را تمیز کنیم؟

به طور کلی الکترود PH متر را پس از استفاده با آب مقطر شسته و در محلول 3 تا 4 مولار کلرید پتاسیم قرار دهید، در استفاده طولانی مدت از الکترود، مواد موجود در محلول های مورد آزمایش به تدریج بر روی الکترود رسوب کرده و باعث کاهش حساسیت و کارآیی آن میگردند. در چنین مواردی الکترود احتیاج به شستشوی ویژه دارد. این شستشو بر حسب نوع مواد مورد آزمایش فرق دارد.

روش عمومی

• الکترود را به مدت 30 دقیقه در محلول اسید کلریدریک 0/1 نرمال قرار دهید.
• الکترولیت خارجی الکترود را تخلیه کرده و آنرا با الکترولیت مرجع تازه پر کنید.
• برای یک ساعت الکترود را در محلول الکترولیت مرج قرار دهید

محلولهای معدنی

• الکترود را به مدت 15 دقیقه در محلول0/1 tetrasodium مولار EDTA قرار دهید
• الکترولیت خارجی الکترود را تخلیه کرده و آنرا با الکترولیت مرجع تازه پر کنید و برای یک ساعت الکترود را در محلول الکترولیت مرجع قرار دهید.

محلول های با نسبت پروتئین بالا

• الکترود را به مدت 15 دقیقه در محلول 1% پپسین و 0/1 مولار اسید کلریدریک قرار دهید.
• الکترولیت خارجی الکترود را تخلیه کرده و آنرا با الکترولیت مرجع تازه پر کنید.
• برای یک ساعت الکترود را در محلول الکترولیت مرجع قرار دهید.

محلول های چرب

• الکترود را با الکل اتیلیک بشویید.
• الکترود را به مدت 10 دقیقه در محلول 0/1 مولار NaOH قرار دهید
• الکترود را شسته و به مدت 10 دقیقه در محلول 0/1 مولار HCI قرار دهید.
• الکترولیت خارجی الکترود را تخلیه کرده و آنرا با الکترولیت مرجع تازه پر کنید
• برای یک ساعت الکترود را در محلول الکترولیت مرج قرار دهید. بهتر است در این مورد از مخلوط بر ابر الکترولیت مرج و بافر 4 بهره ببرید.

احیا الکترود PH متر

مواقعی پیش می اید که الکترود به هیچ یک از اقدامات شما پاسخ نمی دهد و شما در این موارد چاره ای جز تعویض آن ندارید. در این صورت قبل از به دور انداختن آن طبق روش های زیر عمل کنید شاید احتیاج به تعویض آن مرتفع شود.

• ابتدا الکترود را طبق روش های گفته شده بشوئید و الکترولیت آنرا تعویض نمایید.
• الکترود را مدت 4 تا 8 ساعت در محلول 1 مولار HCI قرار دهید.
• الکترود را شسته و برای یک ساعت در باقر 7 قرار دهید.

اگر الکترود همچنان کار نکرد!

• در زیر هود الکترود را در محلول اسید نیتریک 10٪ قرار دهید محلول را حرارت دهید تا به جوش آید. الکترود را به مدت 10 دقیقه در این محلول نگهدارید.
• در یک بشر تمیز اندازهی از الکترولیت مرجع ریخته و حرارت دهید تا داغ شود. الکترود را از اسید خارج کرده و در حالی که هنوز داغ است درون الکترولیت گرم قرار دهید. صبر کنید تا الکترولیت و الکترود سرد شوند.

اگر با انجام این عملیات الکترود همچنان کار نکرد، دیگر چارهای به جز به دور انداختن آن نیست. برای اخذ نتجه مناسب، بهتر است به توصیه های سازنده الکترود در بروشور مربوطه هم مراجعه کنید