PH mērīšanas pamatprincips
Pazīstamā un senā nulles strāvas mērīšanas metode, ko izmanto ķīmisko reakciju procesu noteikšanai, iespējams, ir pH mērīšana. Vispārīgi runājot, pH mērījumu izmanto, lai noteiktu šķīduma skābumu vai sārmainību. Pat ķīmiski tīram ūdenim ir neliels disociācijas daudzums, un tā jonizācijas vienādojums ir: H2O H2O=H3O-OH - (1) Sakarā ar to, ka ir atdalīts tikai ļoti neliels ūdens daudzums, molārā koncentrācija joni parasti ir negatīvs jaudas eksponents. Lai izvairītos no molārās koncentrācijas negatīvās jaudas eksponenta izmantošanas aprēķinos, biologs Sorensens 1909. gadā ieteica aizstāt šo neērto vērtību ar logaritmu un definēt to kā "pH vērtību". Matemātiski pH vērtība tiek definēta kā parasti lietotās ūdeņraža jonu koncentrācijas negatīvais logaritms. Tas ir, pH=viens log [H]
(2) Tā kā jonu produkts ir ļoti atkarīgs no temperatūras, procesa kontroles pH vērtībai vienlaikus ir jāzina šķīduma temperatūras raksturlielumi. Tikai tad, kad mērītā vide ir vienā temperatūrā, var salīdzināt tās pH vērtību. Lai iegūtu reproducējamu pH vērtību, pH mērīšanai izmanto potenciometrisko analīzi. Potenciāla analīzes metodē izmantoto elektrodu sauc par primāro akumulatoru. Šīs akumulatora spriegumu sauc par elektromotora spēku (EMF). Šis elektromotora spēks (EMF) sastāv no divarpus baterijām. Vienu no pusšūnām sauc par mērīšanas elektrodu, un tās potenciāls ir saistīts ar noteiktu jonu aktivitāti; Otra puse ir atsauces puselements, ko parasti dēvē par atsauces elektrodu, kas parasti ir savienots ar mērīšanas šķīdumu un savienots ar rūpniecisko pH mērītāju. Standarta ūdeņraža elektrods ir atskaites punkts visiem potenciālajiem mērījumiem. Standarta ūdeņraža elektrods ir platīna stieple, kas ir galvanizēta (pārklāta) ar platīna hlorīdu un ko ieskauj ūdeņraža gāze. Vispazīstamākais un biežāk izmantotais pH indikatora elektrods ir stikla elektrods. Tā ir stikla caurule, kuras galā ir izpūsta pH jutīga stikla plēve. Caurule ir piepildīta ar KCI buferšķīdumu, kas satur piesātinātu AgCI, ar pH vērtību 7. Potenciālā atšķirība, kas pastāv abās stikla plēves pusēs un atspoguļo pH vērtību, atbilst Nernsta formulai: E=Eo. 1n [H3oq (3) n.] Formulā E ir potenciāls; E ir elektroda standarta spriegums; R ir gāzes konstante; T ir Kelvina temperatūra; F ir Faradeja konstante; N ir izmērītā jona valence; [HO] ir HO jona aktivitāte. Kā redzams no iepriekš minētā vienādojuma, pastāv noteikta sakarība starp potenciālo E un H O jonu aktivitāti un temperatūru. Noteiktā temperatūrā, mērot potenciālu E, var aprēķināt ln [HO] (pārvērš logā [HO], lai iegūtu pH), kas ir pH noteikšanas pamatprincips. Nernsta formulā temperatūrai ir nozīmīga loma kā mainīgajam. Paaugstinoties temperatūrai, palielināsies arī potenciālā vērtība. Katram temperatūras paaugstinājumam par 1 grādu tas izraisīs potenciālas izmaiņas par 0,2 mV/pH. Apzīmēta ar pH vērtību, pH vērtība mainās par 0,0033 uz LPH uz I~C. Tas nozīmē, ka mērījumiem ap 20-30 grādu un 7 pH nav nepieciešams kompensēt temperatūras izmaiņas; Lietojumiem, kuru temperatūra ir lielāka par 30 grādiem vai mazāka par 20 grādiem un pH vērtība ir lielāka par 8 vai mazāka par 6, temperatūras izmaiņas ir jākompensē.
