Tìm hiểu Đo pH

Đo pH pH – ghi nhớ • pH là một cách đo điện hóa , có ích trong nhiều ứng dụng. • Giống như nhiều phân tích điện hóa khác, pH đòi hỏi hiệu chuẩn thường xuyên để đạt kết quả chính xác. • Việc bảo quản đầu đo đúng cách là rất cần thiết. Đo pH - nội dung trình bày • Giới thiệu pH và điện hóa học • Hiểu biết về pH • Đo pH • Bảo quản đầu đo và việc bảo trì Đo pH • pH được đo chủ yếu với máy đo và đầu đo • Đây là phương pháp phân tích điện hóa học Điện hóa học là gì? • Điện hóa học là khoa học về điện và hóa học. Điện hóa học là gì? • Đo đạc theo điện hóa học bao gồm: – pH – Điện cực chọn lọc ion (ISE) Phép đo điện hóa • Tại sao chọn đo một chất bằng phương pháp điện hóa hơn là sử dụng phương pháp so màu? – Ưu điểm của phương pháp điện hóa – Bất tiện trong phương pháp điện hóa Ưu điểm: các mẫu phức tạp • Phân tích điện hóa có thể áp dụng cho nhiều loại mẫu – Nước uống – Nước thải – Chất rắn Ưu điểm: thang phân tích • Nhiều phương pháp ISE có thang đo rộng – mg/L  bão hòa • Hầu hết hóa học đo màu có thang đo hẹp – Mẫu nằm ngoài giới hạn phát hiện phải được pha loãng cẩn thận để việc đo đạc được chính xác. Ưu điểm: Mẫu khó • Phân tích trực tiếp mẫu đục hay có màu – Phân tích theo đo màu cần phải lọc mẫu hoặc pha loãng Ưu điểm: Việc thải bỏ • Hầu hết các chức năng đo ISE dùng thuốc thử không có hại – Giảm thiểu vấn đề thải bỏ chất hóa học nguy hại Caution Chemical Waste Ưu điểm: dễ xách theo • Chạy pin với máy đo pH/ISE được thiết kế để thuận tiện cho việc đo tại hiện trường Ưu điểm: Hiệu chuẩn • Việc hiệu chuẩn phải được thực hiện thường xuyên để có kết quả tốt nhất. – Hiệu chuẩn cho phép người sử dụng kiểm định trước khi máy được sử dụng để đo mẫu. Bất tiện: Hiệu chuẩn • Phải tiến hành hiệu chuẩn trước mỗi lần sử dụng. pH mV Bất tiện: nhiệt độ • Nhiệt độ ảnh hưởng đến kết quả – pH – bù trừ nhiệt độ (ATC) – ISE – không bù trừ nhiệt độ • Dung dịch chuẩn và mẫu phải được phân tích tại cùng một nhiệt độ. Bất tiện: cường độ thời gian • Thiết lập và bảo trì có thể mất nhiều thời gian. – Một số quy trình đo màu cũng cần nhiều thời gian Tìm hiểu về pH Lý thuyết pH • pH là tính axit tương đối của một chất lỏng • pH là đo nồng độ của ion hydro Lý thuyết pH • Acid – tăng nồng độ ion hydro (H+) trong một dung dịch • Base – tăng nồng độ ion hydroxide (OH-) trong một dung dịch Lý thuyết pH • pH được định nghĩa là trừ 1 nhân với log thập phân của nồng độ mol ion hydro trong dung dịch lỏng Thang đo pH 7 140 Axit Bazơ Trung tính Dấm pH 3 Ammonia pH 11.5 Thang đo pH • pH được định nghĩa là thang đo logarit của tính axit. • Mỗi đơn vị pH giảm đi = 10X tính axit tăng lên – Dung dịch có pH4 thì có tính axit gấp 10X dung dịch có pH5 – Dung dịch có pH 4 thì tính axit gấp100X dung dịch có pH6 7 140 654 10X 100X Ứng dụng pH • Theo dõi pH rất cần thiết trong nhiều ứng dụng – Thay đổi về hóa học của hệ thống tự nhiên sẽ tác động làm thay đổi giá trị pH Ứng dụng pH • Theo dõi pH rất cần thiết trong nhiều ứng dụng – Các quá trình tác động bởi pH • Độ hòa tan của khí và kim loại • Sự ăn mòn • Đông tụ và tạo bông • Hoạt động sinh học Ứng dụng pH • Nước uống • Nước thải • Nước công nghiệp • Phân tích môi trường Đo pH Đầu đo pH hoạt động như thế nào? • Đầu đo nồng độ ion hydro – Hai điện cực trong đầu đo- sensing half-cell, reference half-cell Half-Cells • Ion sensing pH half cell – Đầu thủy tinh nhạy với H+. • Reference half-cell – Đầu thủy tinh chứa đầy dung dịch muối để tạo mạch kín. Máy đo Ion Sensing Half-Cell Reference Half-Cell Lõi Ag/AgCl Dung dịch bên trong Chất điện ly tham khảo Cầu muối Điện cực tham khảo Nguyên tắc hoạt động pH Reference Electrode Ag/AgCl Internal Wire KCl Solution Reference Junction (salt bridge) Nernst Equation E = E0 - 2.3RT log ai nf E0 - E = 2.3RT pH nf Em Er E = Em - Er Các loại đầu đo • Phương pháp thông thường (cho phòng thí nghiệm) • Cảm biến kết hợp (Lab & Process) • Cảm biến vi sai (Process probes) Đo pH Em Er pH Glass Electrode pH Reference Electrode Phương pháp thông thường Em Er Em- Er 100 MEG Combination Sensor pH Glass Measuring Electrode pH Reference Electrode EmEr Em Er Em- Er 100 MEG Reference Junction Điện cực đo • Các vấn đề thường gặp: – Lớp phủ màng – Phản hồi chậm do trở kháng cao – Mài mòn/vỡ – Shock nhiệt pH Glass Measuring Electrode Điện cực tham chiếu • Các vấn đề thường gặp: – Chỗ liên kết – Điện cực bị nhiễm tạp chất – Chất điện phân mau cạn – Vòng lặp nối đất Điện cực tham chiếu chiếm tỷ lệ sai sót cao trong quá trình đo pH pH Reference Electrode Reference Half-Cell • Phân phối dung dịch tham chiếu để làm kín mạch đo Sensing Half-Cell H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+H+ H+ H+ H+ Nồng độ ion hydro có giá trị cố định tại pH 7 Dung dịch pH 7 H+ có nồng độ như nhau ở trong và ngoài đầu đo thủy tinh *không sinh ra điện thế Sensing Half-Cell 0mV Dung dịch pH 7 H+ có nồng độ như nhau ở trong và ngoài đầu đo thủy tinh *không sinh ra điện thế Sensing Half-Cell H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ 1000H+ Nồng độ ion hydro có giá trị cố định tại pH 7 Dung dịch pH 4 H+ có nồng độ gấp 1000x bên ngoài đầu thủy tinh *Có điện thế sinh ra 1000H+ 1000H+ 1000H+ 1000H+ 1000H+1000H+ Sensing Half-Cell Dung dịch pH 10 H+ có nồng độ gấp 1000x bên ngoài đầu thủy tinh *Có điện thế sinh ra 180mV Sensing Half-Cell 1000 H+ 1000 H+ 1000H+ 1000H+ Nồng độ ion hydro có giá trị cố định tại pH 7 Dung dịch pH 4 H+ có nồng độ gấp 1000x bên trong đầu thủy tinh *Có điện thế sinh ra H+ H+ H+ H+ Sensing Half-Cell -180mV Dung dịch pH 10 H+ có nồng độ gấp 1000x bên trong đầu thủy tinh *Có điện thế sinh ra Hiệu chuẩn • Đường hiệu chuẩn cho phép máy đo chuyển giá trị điện thế sang pH. pH mV Hiệu chuẩn • Độ dốc tối ưu là –59.16 /decade * • Độ lệch chấp nhận = +/- 5% hay 3 mV * Tại 25oC Hiệu chuẩn mV pH 0 +180 -180 4 7 10 Hiệu chuẩn • -180mV độ chênh lệch giữa pH4 và pH7 • pH4 đến pH7 (3 đơn vị pH ) là nồng độ thay đổi 1000x • Thập phân = thay đổi gấp 10-lần = 1 đơn vị pH • -180/3 = -60  -59.16 mV/decade Ảnh hưởng nhiệt độ 0 mV Output pH 100°C (74.04 mV/pH) 25°C (59.16 mV/pH) 0°C (54.20 mV/pH) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 600 400 200 - 200 - 400 - 600 Bảo quản và bảo trì đầu đo Bảo trì • Đầu đo mới • Hiệu chuẩn • Đo đạc/bảo quản • Giải quyết sự cố • Làm sạch Đầu đo mới • Ngâm đầu đo pH mới trong dung dịch đệm pH 7 khoảng 30 phút trước khi sử dụng đầu tiên Hiệu chuẩn • Hiệu chuẩn máy đo pH hằng ngày với 2 hay 3 dung dịch đệm mới 4.0 7.0 10.0 Đo đạc • Đặt đầu do vào mẫu, quay nhẹ, và chờ kết quả hiển ra ổn định • Rửa và để khô sau mỗi lần đo • Bảo quản giữa các lần đo – Mẫu hay dung dịch có độ ion tương tự mẫu – Đệm pH4 – Dung dịch trữ (i.e. 3M KCl) Giải quyết sự cố • mV đọc ở dung dịch đệm pH 7 – Phải là 0  30 mV • Thời gian phản hồi – Có thể cần làm sạch nếu phản hồi chậm khi đo trong dung dịch đệm • Độ dốc – Tối ưu là –59.16  3 mV/decade (5%) Đo đạc – các trường hợp đặc biệt • Các dung dịch có lực ion thấp – Sự hấp thụ cacbon dioxit trong khí quyển gây ra sai số chính • Khoang chứa mẫu lực ion thấp • Ngâm điện cực trong dung dịch để so sánh lực ion trước khi dùng Làm sạch • Phản hồi chậm có thể chỉ thị cho biết cần phải làm sạch đầu đo – Ngâm và khuấy mạnh trong dung dịch tẩy nhẹ hơi ấm trong vài phút. Rửa nhiều lần với nước khử ion và lau khô trước khi dùng. – Lần lượt nhúng trong dung dịch axit HCl pha loãng và dung dịch kiềm pha loãng. Rửa lại với nước khử ion và ngâm trong dung dịch đệm pH 7 trước khi sử dụng. pH – ghi nhớ • pH là một cách đo điện hóa , có ích trong nhiều ứng dụng. • Giống như nhiều phân tích điện hóa khác, pH đòi hỏi hiệu chuẩn thường xuyên để đạt kết quả chính xác. • Việc bảo quản đầu đo đúng cách là rất cần thiết. Đo pH Các sản phẩm đo điện hóa • Máy đo bỏ túi • Máy đo và đầu đo – SensIon – HQd • AutoCat 9000 Điện hóa học – máy đo bỏ túi • Tính năng – Dễ sử dụng – Giá thành thấp – Mang theo được – Độ chính xác cao hơn ống màu hay test strips – Một số không có bù trừ nhiệt độ Điện hóa học – dòng SensIon • Loại để bàn và cầm tay • pH/ORP (SensIon 1, 2, 3, & 4) • Conductivity/TDS (SensIon 5 & 7) • Polaragraphic DO (SensIon 6 & 8) • ISE (SensIon 2 & 4) – Flouride, Ammoina, Nitrate, & Sodium Điện hóa học – dòng HQd • Máy cầm tay • pH, Conductivity & TDS, LDO, LBOD • Đầu đo IntelliCAL – Lab & Rugged • Lấy dữ liệu – 500 điểm với user ID, sample ID, & probe serial number • Tải dữ liệu qua cổng USB The AutoCAT9000 • Máy chuẩn độ tự động ampe kế dùng đo chlorine và các chất tẩy trùng khác.