تاریخچه:

تاریخچه اندازه گیری مقدار اسیدی مایعات بصورت الکتریکی در سال 1906 آغاز شد زمانیکه ماکس کرمر (Max Cremer) در مطالعات خود بر روی واسط های مایع (بر هم کنش بین مایعات و جامدات) دریافت که واسط بین مایعات می تواند با پف کردن یک حباب کوچک شیشه ای و قرار دادن یک مایع داخل آن و دیگری در بیرون مورد مطالعه قرار گیرد. به این روش ولتاژ الکتریکی ایجاد شد که قابل اندازه گیری بود.

این نظریه توسط فریتز هاربر Fritz Haber (کسی که  پیوند بین آمونیاک و کود شیمیایی را بوجود آورد.) و زیگمن کلمسویچ ‌Zygmunt Klemsiewicz کشف کرد که حباب شیشه ای (که او آنرا الکترود شیشه ای نامید) می تواند برای اندازه گیری فعالیت یون هیدروژن استفاده شود و اینکه تابع لگاریتم می باشد.

متخصص بیوشیمی دانمارکی سورن سورنسن Soren Sorensen مقیاس PH را در سال 1909 بوجود آورد.

بدلیل اینکه مقدار مقاومت دیواره شیشه بسیار بالا می باشد ، معمولا بین 10 تا MΩ 100، ولتاژ الکترود شیشه ای تا قبل از اختراع تیوبهای الکترونی نمی ترانست دقیقا اندازه گیری شود. بعدها اختراع ترانزیستورهای اثر میدانی (FETs) و مدارات مجتمع(ICs) با جبران حرارتی، اندازه گیری دقیق ولتاژ الکترود شیشه ای را ممکن ساخت.

ولتاژ تولید شده توسط یک واحد PH مثلا از (8.00- 7.00=PH) معمولا حدود mv60 می باشد. اگر چه PH سنجهای کنونی شامل ریزپردازنده هایی هستند که امکان تصحیح دما و کالیبراسیون را دارند، هنوز هم PH  سنجهای مدرن مشکل رانش(تغییرات تدریجی) را دارند و ضرورت کالیبراسیون مکرر آنها را باعث میشود.

اصلاحات انجام شده در شیمی شیشه باعث شد تا آلودگیهای ناشی از یونهای نمک و هالوژن متوقف شود. الکترود مرجع، که بطور سنتی از کلرید نقره استفاده میشد(AgCl) با الکترود جیوه سفید(HgCl₂) در محلول کلرید پتاسیم(KCl) بعنوان ژل (شبیه ژلاتین) جایگزین شد. اما الکترودها عمر دائمی ندارند و زمانیکه رانش آنها از حد قابل قبول فراتر رفت یا زمان تثبیت طولانی شد باید تعویض شوند

بدو برو ادامه مطلب:

: water ph

آب مهمترین و معجزه آساترین ماده روی زمین است. مولکولهای آن H-O-H به شکل یک بومرنگ با O^- با تمایل به منفی و H₂⁺ با تمایل جزئی به مثبت باردار می شوند. این بومرنگ های باردار شده به سوی همدیگر جذب شده، جزیره هایی از پیوستگی مولکولی تشکیل می دهند، بدینگونه آب  در دماهایی که زندگی اوج میگیرد شکل مایع میگیرد، در حالی که باید یک گاز بسیار فرار مانند سولفید هیدروژن(H₂S) میشد که تقریبا دو برابر وزن مولکولی آنرا دارا می باشد.نگهداری یک PH سنج به انواع الکترود استفاده شده بستگی دارد.توصیه های شرکت سازنده را مطالعه کنید. وقتی الکترود بطور متناوب استفاده میشود بهتر است که مرطوب نگه داشته شود، نظر به اینکه مرطوب کردن یک الکترود خشک زمان زیادی می گیرد با رانش آشکار همراه خواهد بود.

در سطح زمین، آب در شکل جامد(یخ)، مایع(آب) و شکل گاز(بخار آب یا مه) یافت میشود. در نواحی سرد هر سه حالت پیدا میشوند.

آب همچنین بدلیل دارا بودن دو حالت اسیدی با یونهای (H⁺)  وباز(با یونهای(OH^-)  منحصر بفرد میباشد.و بدینگونه هر دو حالت اسیدی و بازی در یک زمان، سبب میشوند که در آب به طور طبیعی مقدار یونهای H⁺ با OH^- مساوی باشند. بدلیل پیوستگی مولکولی قوی که آب دارد فقط تعداد کمی از مولکولهای آن به یونهای تشکیل دهنده خود یونهای هیدروژن(H⁺) و یونهای (OH^-) تفکیک میشوند. شیمیدانها مصرند که یونهای H⁺ همان یونهای H₃O⁺ یا هیدرونیوم می باشند.

با دانستن اینکه یک مول از آب 18 گرم (16+1+1) وزن دارد که معادل  ml18 میشود و اینکه این مقدار شامل تعداد بسیار زیادی مولکول می باشد، فقط 0.1 میلیون(^7-10) مول در یک لیتر از آب با 7=PH تفکیک(تجزیه) میشوند.

اختلاف ولتاژ بین درون و بیرون الکترود شیشه ای با اکسیدهای سیلیکون در کناره شیشه بوجود می آید.

Si.O^- + H₃.O⁺ = Si.O.H⁺ + H₂.O

 زمانی که تعادل یونی برقرار شد، اختلاف پتانسیل بین دیواره شیشه و محلول با معدله زیر داده میشود:

E=R*T/(F*ln(a))

که:

E=  ولتاژ الکترون(ولت)

R=  ثابت مول گازی J/mol/ºK  8.314

F=  ثابت فارادی 96485.3ºC

T=  دما بر حسب درجه کلوین

a=  فعالیت یونهای هیدروژن(یونهای هیدرونیوم)

Ln(a)= لگاریتم طبیعی که به لگاریتم دهدهی تبدیل میشود= Log(a)*2.303

ترکیب  R*T/(2.303*F) ب ه ازای  هر  د ه برابر افزایش  در یونهای هیدروژن  یا یک واحد   PH تقریبا(60mV)0.060V  می باشد.

PH از محدوده 0 تا 14 برای فعالیت هیدرونیوم از 10 تا ^14-10 mol/lit نسبت داده میشود. یک مول از آب 18 گرم وزن دارد.7=PH به اکتیوایی هیدرونیوم ^7-10 mol/lit مربوط میشود. چونکه 7=(^7-10)log، مقیاس PH یک علامت منفی در بیرون باقی میگذارد.

اگر چه الکترودهای شیشه ای مدرن پیشرفت های قابل توجهی داشته اند، هنوز با مواد با ⁺H پایین مانند: هیدروکسیدهای قلیایی(NaOH و KOH) ، آب مقطر خالص، مواد حکاکی با اسید مانند فلورید، مواد جاذب مانند فلزات سنگین و پروتئین ها سازگاری ندارند.

بسیاری از PH سنج های مدرن با سنسورهای دمایی برای تصحیح خطای دمایی بصورت خودکار در داخل آنها ساخته میشوند تا نتایج همانند زمانی باشد که در دمای استاندارد Cº25 گرفته میشوند.

مقدار خروجی در 7=PH تحت تاثیر دما قرار نمی گیرد، اما خارج از آن به ازای هر یک درجه جابجایی دما 0.003 تغییر خواهیم داشت.Cº/0.003

 0.18=3.00  * 20  * 0.003  

بنابراین PH گرفته شده در دمای 5 درجه سانتیگراد (20 درجه کمتر از 25 درجه سانتیگراد) که مقدار 4.00 را نشان میدهد باید تصحیح نقصانی بصورت زیر صورت گیرد. 

همچنین مقدار PH برابر با 10 باید به همین مقدار تصحیح افزایشی داشته باشد.

 ------------------------------------------------------------------------------------

به هر حال در PH سنج های مدرن برای جلوگیری از خشک شدن الکترودشان با آب شیر یا کلرید پتاسیم شستشو داده میشوند. در صورت اندازه گیری آب دریا، PHسنج می تواند با آب دریا مرطوب نگه داشته شود. به هر حال برای زمانهای طولانی، پیشنهاد میشود تا با محلول کلرید پتاسیم در  4=PH یا با بافر کالیبراسیون اسیدی 4.01=PH مرطوب نگه داشته شود. قرار دادن PH سنجها در آب مقطر توصیه نمی شود.

توجه داشته باشید پراب PHی که در محلول اسیدی مرطوب بماند، اگر قبل از گذاشتن آن در شیشه نمونه شستشو نشود  می تواند روی نتایج تاثیر بگذارد. توجه داشته باشید که یک مایع با 4=PH ، 10.000 یون هیدروژن بیشتر از یک مایع با 8=PH دارد، بنابراین یک قطره از 4=PH در شیشه نمونه ای که 400 قطره با 8=PH را اندازه میگیرد اندازه ها را بهم می زند. همچنین به یاد داشته باشیدمحلولهای کالیبراسیون از بافرهای شیمیایی تشکیل می شوند که سعی میشود مقدار PH آنها ثابت نگه داشته میشود، بنابراین آلودگی شیشه نمونه با یک بافر واقعا خطرناک میباشد.

مقیاس PH

زمانی که مقادیر PH با مواد معلوم مقایسه شود، بیشتر قابل فهم میشود. توجه داشته باشید که مقیاس PH لگاریتمی بوده و هر مقدار بعدی 10 برابر کمتر یونهای هیدروژن دارد. 0=PH بیشترین مقدار را دارا بوده و بالاترین میزان اسید را دارد.