Czujnik pH: Sonda jakości wody

Po co mierzyć pH?

pH jest miarą kwasowości lub zasadowości wody. Woda o pH niższym niż siedem ma odczyn kwaśny; woda o pH wyższym niż siedem ma odczyn zasadowy. Wartość pH wody jest określana przez rozpuszczone, aktywne pH sole. Na przykład, rozpuszczenie wodorotlenku sodu w czystej wodzie zwiększy pH, ponieważ jon wodorotlenkowy jest zasadą pH-aktywną, a rozpuszczenie siarkowodoru w czystej wodzie zmniejszy pH, ponieważ jon wodorowy jest kwasem pH-aktywnym. Jednak rozpuszczenie chlorku sodu w wodzie nie zmieni pH, ponieważ ani sód, ani chlorek nie są jonami pH-aktywnymi.

Odczyn pH wody determinuje formę rozpuszczonych soli o aktywnym pH. Załóżmy na przykład, że nawóz na bazie amoniaku spływa do rzeki wraz z opadami deszczu. Jeśli pH rzeki jest niższe niż dziewięć, większość obecnych w niej gatunków amoniaku będzie miała postać amoniaku, NH3. Jeśli pH rzeki jest wyższe niż 9, większość amoniaku występuje w postaci amonu, NH4+. Jest to ważne, ponieważ amoniak jest toksyczny dla fauny i flory, podczas gdy amon może być składnikiem odżywczym dla fauny i flory.

pH determinuje również rozpuszczalność metali w wodzie. Metale takie jak żelazo i chrom są bardziej rozpuszczalne przy niskim pH, a zatem bardziej dostępne do pobrania przez ryby i inne organizmy. Przy wysokim pH metale są mniej rozpuszczalne i bardziej prawdopodobne jest, że zostaną związane z osadem niż dostępne dla fauny i flory.

Zmiany w długoterminowych trendach pH mogą sygnalizować potrzebę bardziej szczegółowych badań chemicznych wody i źródeł jej zanieczyszczenia.

Jak mierzy się pH?

pH mierzy się za pomocą czujnika pH i elektrody odniesienia. Czujnik pH to mała szklana bańka wypełniona elektrolitem o znanym pH. Jeśli pH próbki wody różni się od pH elektrolitu, na szklanej bańce powstaje napięcie. Napięcie to zmienia się w sposób przewidywalny wraz z pH próbki wody i jest mierzone za pomocą elektrody odniesienia. Elektroda odniesienia zawiera elektrolit oddzielony od próbki wody nie szklaną bańką, ale mikroporowatym materiałem, często teflonem, który pozwala elektrolitowi na kontakt z wodą bez szybkiego rozcieńczania przez wodę.

Istnieją dwa rodzaje elektrod odniesienia stosowanych w urządzeniach do pomiaru jakości wody. Pierwszy z nich wykorzystuje niewielką objętość „zżelowanego” elektrolitu o wysokiej lepkości. Elektrody odniesienia z elektrolitem żelowym nie wymagają okresowej wymiany elektrolitu. Muszą być jednak wymieniane mniej więcej raz w roku lub częściej, ponieważ użytkownik nie może wymienić elektrolitu.

Drugi typ elektrody odniesienia wykorzystuje dużą objętość elektrolitu o niskiej lepkości (nieżelowanego). Powstałe w ten sposób „złącze przepływowe” zazwyczaj zapewnia bardziej stabilny pomiar niż elektrody odniesienia z elektrolitem żelowym, zwłaszcza w miarę starzenia się elektrolitu żelowego. Elektroda przepływowa wymaga wymiany elektrolitu co około dwa miesiące. Uzupełnianie elektrolitu oznacza jednak, że nie trzeba wymieniać całej elektrody odniesienia (jak ma to miejsce w przypadku modeli z elektrolitem żelowym).

Elektroda odniesienia używana do pomiaru pH może jednocześnie ułatwiać pomiary za pomocą elektrod ORP i elektrod jonoselektywnych (ISE).

Czujniki pH są zwykle kalibrowane za pomocą dostępnych w handlu wzorców, zwanych buforami pH. Można wybrać dwu- lub trzypunktową kalibrację pH. Kalibracje dwupunktowe wykorzystują bufor 7 (neutralny) i drugi bufor, którego wartość jest zbliżona do wartości wody, którą zamierzasz monitorować, zwykle bufor 4 (kwaśny) lub bufor 10 (zasadowy). W przypadku pomiarów w wodach, których pH może wahać się znacznie powyżej i poniżej siedmiu, można nieznacznie zwiększyć dokładność pomiaru za pomocą trzypunktowej kalibracji przy użyciu buforów siódmego, czwartego i dziesiątego.