Sensore di pH: Sonda per la qualità dell’acqua

Perché misurare il pH?

Il pH è una misura dell’acidità o dell’alcalinità dell’acqua. Un’acqua con un pH inferiore a sette è acida; un’acqua con un pH superiore a sette è alcalina (basica). Il pH dell’acqua è determinato dai sali disciolti e attivi sul pH. Ad esempio, sciogliendo idrossido di sodio in acqua pura il pH aumenterà perché lo ione idrossido è una base attiva per il pH, mentre sciogliendo idrogeno solforato in acqua pura il pH diminuirà perché lo ione idrogeno è un acido attivo per il pH. Tuttavia, sciogliere il cloruro di sodio in acqua non cambierà il pH perché né il sodio né il cloruro sono ioni attivi a pH.

Il pH dell’acqua determina la forma dei sali disciolti e attivi al pH. Supponiamo, ad esempio, che un fertilizzante a base di ammoniaca fluisca in un fiume attraverso il deflusso delle piogge. Se il pH del fiume è inferiore a nove, la maggior parte delle specie di ammoniaca presenti si presenterà sotto forma di ammoniaca (NH3). Se il pH del fiume è superiore a nove, la maggior parte delle specie di ammoniaca presenti si presenta sotto forma di ammonio, NH4+. Questo è importante perché l’ammoniaca è tossica per il biota, mentre l’ammonio può essere un nutriente per il biota.

Il pH determina anche la solubilità dei metalli nell’acqua. Metalli come il ferro e il cromo sono più solubili a un pH basso e quindi più disponibili per l’assorbimento da parte di pesci e altri biota. A pH elevati, invece, i metalli sono meno solubili ed è più probabile che vengano legati ai sedimenti piuttosto che essere disponibili per i biota.

I cambiamenti nell’andamento del pH a lungo termine possono segnalare la necessità di uno studio chimico più dettagliato dell’acqua e delle sue fonti di contaminazione.

Come si misura il pH?

Il pH viene misurato con un sensore di pH e un elettrodo di riferimento. Il sensore di pH è un piccolo bulbo di vetro riempito con un elettrolita di pH noto. Se il pH dell’acqua campione è diverso da quello dell’elettrolita, si crea una tensione attraverso il bulbo di vetro. Questa tensione cambia in modo prevedibile con il pH dell’acqua campione e viene misurata attraverso l’elettrodo di riferimento. L’elettrodo di riferimento contiene un elettrolita separato dall’acqua del campione non da un bulbo di vetro, ma da un materiale microporoso, spesso il teflon, che permette all’elettrolita di entrare in contatto con l’acqua senza essere rapidamente diluito dall’acqua.

Esistono due tipi di elettrodi di riferimento negli strumenti per la qualità dell’acqua. Il primo utilizza un piccolo volume di elettrolita “gelificato” ad alta viscosità. Gli elettrodi di riferimento a gelatina non richiedono la sostituzione periodica dell’elettrolita. Tuttavia, devono essere sostituiti circa una volta all’anno o più spesso perché l’utente non può sostituire l’elettrolita.

Il secondo tipo di elettrodo di riferimento impiega un grande volume di elettrolita a bassa viscosità (non gelificato). La “giunzione fluida” che ne deriva stabilisce in genere una misurazione più stabile rispetto agli elettrodi di riferimento a elettrolita gelificato, soprattutto quando l’elettrolita gelificato invecchia. Gli elettrodi a giunzione fluida richiedono un nuovo elettrolita ogni due mesi circa. Tuttavia, ricaricare l’elettrolita significa non dover sostituire l’intero elettrodo di riferimento (come avviene con i modelli a elettrolita gelificato).

L’elettrodo di riferimento utilizzato per la misurazione del pH può facilitare contemporaneamente le misurazioni con elettrodi ORP e elettrodi ionoselettivi (ISE).

I sensori di pH vengono normalmente calibrati con standard disponibili in commercio, chiamati tamponi di pH. Puoi scegliere una calibrazione del pH a due o tre punti. Le calibrazioni a due punti utilizzano un tampone a sette (neutro) e un secondo tampone il cui valore si avvicina a quello delle acque che intendi monitorare, normalmente un tampone a quattro (acido) o a dieci (basico). Se stai misurando in acque il cui pH potrebbe variare significativamente al di sopra e al di sotto del sette, puoi aumentare leggermente l’accuratezza della misurazione con una calibrazione a tre punti utilizzando i tamponi sette, quattro e dieci.