مستشعر الأس الهيدروجيني: مسبار جودة المياه

لماذا نقيس الأس الهيدروجيني؟

الأس الهيدروجيني هو قياس حموضة الماء أو قلويته. الماء ذو الأس الهيدروجيني الأقل من سبعة هو ماء حمضي؛ والماء ذو الأس الهيدروجيني الأكبر من سبعة هو ماء قلوي (قاعدي). يتم تحديد الأس الهيدروجيني للماء عن طريق الأملاح الذائبة النشطة في الأس الهيدروجيني. على سبيل المثال، سيؤدي إذابة هيدروكسيد الصوديوم في الماء النقي إلى زيادة الأس الهيدروجيني لأن أيون الهيدروكسيد قاعدة نشطة في الأس الهيدروجيني، وسيؤدي إذابة كبريتيد الهيدروجين في الماء النقي إلى تقليل الأس الهيدروجيني لأن أيون الهيدروجين حمض نشط في الأس الهيدروجيني. ومع ذلك، لن يؤدي إذابة كلوريد الصوديوم في الماء إلى تغيير الأس الهيدروجيني لأن أيون الصوديوم أو الكلوريد ليس أيونًا نشطًا في الأس الهيدروجيني.

ويحدد الرقم الهيدروجيني للماء شكل الأملاح الذائبة النشطة ذات الرقم الهيدروجيني. لنفترض، على سبيل المثال، أن سمادًا يحتوي على الأمونيا يتدفق إلى النهر عن طريق جريان مياه الأمطار. إذا كان الأس الهيدروجيني للنهر أقل من تسعة، فإن معظم أنواع الأمونيا الموجودة ستكون على شكل أمونيا، NH3. أما إذا كان الرقم الهيدروجيني للنهر أعلى من الرقم الهيدروجيني تسعة، فإن معظم أنواع الأمونيا الموجودة تكون على شكل أمونيوم، NH4+. وهذا أمر مهم لأن الأمونيا سامة للكائنات الحية، حيث يمكن أن يكون الأمونيوم مغذياً للكائنات الحية.

يحدد الأس الهيدروجيني أيضًا قابلية ذوبان المعادن في الماء. فالمعادن مثل الحديد والكروم تكون أكثر قابلية للذوبان في الأس الهيدروجيني المنخفض، وبالتالي تكون متاحة أكثر للامتصاص من قبل الأسماك والكائنات الحية الأخرى. وعند ارتفاع الأس الهيدروجيني تكون المعادن أقل قابلية للذوبان ومن المرجح أن تكون مرتبطة بالرواسب أكثر من كونها متاحة للكائنات الحية.

يمكن أن تشير التغييرات في اتجاهات الأس الهيدروجيني على المدى الطويل إلى الحاجة إلى دراسة كيميائية أكثر تفصيلاً للمياه ومصادر تلوثها.

كيف يُقاس الأس الهيدروجيني؟

يتم قياس الأس الهيدروجيني باستخدام مستشعر الأس الهيدروجيني وقطب مرجعي. مستشعر الأس الهيدروجيني عبارة عن مصباح زجاجي صغير مملوء بإلكتروليت ذي أس هيدروجيني معروف. إذا كان الرقم الهيدروجيني لماء العينة مختلفًا عن الرقم الهيدروجيني للإلكتروليت، ينشأ جهد عبر المصباح الزجاجي. ويتغير هذا الجهد بشكل متوقع مع الأس الهيدروجيني لماء العينة ويتم قياسه من خلال القطب المرجعي. ويحتوي القطب المرجعي على إلكتروليت مفصول عن ماء العينة ليس بواسطة مصباح زجاجي، ولكن بواسطة مادة مسامية دقيقة، غالبًا ما تكون تفلون، والتي تسمح للإلكتروليت بالاتصال بالماء دون أن يخفف الماء بسرعة.

هناك نوعان من الأقطاب المرجعية الموجودة في أجهزة جودة المياه. الأول يستخدم حجمًا صغيرًا من الإلكتروليت “الهلامي” عالي اللزوجة. لا تتطلب الأقطاب الكهربائية المرجعية ذات الإلكتروليت الهلامي استبدالًا دوريًا للإلكتروليت. ومع ذلك، يجب استبدالها مرة واحدة في السنة تقريبًا أو أكثر لأن المستخدم لا يمكنه استبدال الإلكتروليت.

ويستخدم النوع الثاني من القطب المرجعي كمية كبيرة من إلكتروليت منخفض اللزوجة (غير مبلل). وعادةً ما يحدد “الوصلة المتدفقة” الناتجة قياسًا أكثر استقرارًا من الأقطاب المرجعية للإلكتروليت الهلامي خاصةً مع تقادم الإلكتروليت الهلامي. يتطلب إلكتروليت الوصلة المتدفقة إلكتروليت جديد كل شهرين أو نحو ذلك. ومع ذلك، فإن إعادة ملء الإلكتروليت يعني أنك لست مضطرًا لاستبدال القطب المرجعي بالكامل (كما تفعل مع نماذج الإلكتروليت الهلامي).

يمكن للقطب المرجعي المستخدم لقياس الأس الهيدروجيني أن يسهل القياسات في نفس الوقت باستخدام أقطاب ORP والأقطاب الانتقائية الأيونية (ISE’s).

تتم معايرة حساسات الأس الهيدروجيني عادةً باستخدام معايير متاحة تجاريًا، تسمى مخازن الأس الهيدروجيني. يمكنك اختيار معايرة الأس الهيدروجيني من نقطتين أو ثلاث نقاط. تستخدم المعايرة المكونة من نقطتين مخزنًا مؤقتًا من سبع نقاط (متعادل) ومخزنًا مؤقتًا ثانيًا تكون قيمته قريبة من قيمة المياه التي تنوي مراقبتها، وعادةً ما يكون المخزن المؤقت من أربع نقاط (حمضي) أو مخزنًا مؤقتًا من عشر نقاط (قاعدي). إذا كنت تقوم بالقياس في المياه التي قد يتراوح الأس الهيدروجيني فيها بشكل كبير أعلى وأقل من سبعة، يمكنك زيادة دقة القياس قليلاً باستخدام معايرة من ثلاث نقاط باستخدام مخازن مؤقتة من سبعة، وأربعة، وعشرة.