Besked

En teststrimmel dyppes kortvarigt, skifter farve og giver et resultat inden for få sekunder. Det lyder enkelt. Ikke desto mindre er denne metode ikke egnet til alle opgaver. Den, der blot vil vide, om en rengøringsopløsning er sur eller alkalisk, har brug for en anden målenøjagtighed end et laboratorium, der skal dokumentere pH-værdien af en prøve eller kontrollere en proces.

Blandt mulighederne er pH-teststrimler, indikatorpapir, flydende syre-base-indikatorer og elektroniske pH-metre. Hver metode har sit eget måleområde, typiske fejlkilder og relevante anvendelsesområder.

Denne guide hjælper dig med at vælge den rigtige metode og bestemme pH-værdier mere pålideligt.

Hvad viser pH-værdien?

pH-værdien beskriver, om en vandig opløsning reagerer surt, neutralt eller alkalisk.

Forenklet gælder:

• En pH-værdi under 7 angiver en sur opløsning.
• En pH-værdi på ca. 7 anses for neutral ved stuetemperatur.
• En pH-værdi over 7 angiver en alkalisk eller basisk opløsning.

Den kendte skala fra 0 til 14 er en praktisk orientering for mange vandige opløsninger. Den må dog ikke opfattes som en fast grænse. Under visse betingelser kan der også forekomme værdier uden for dette område.

pH-værdien er logaritmisk opbygget. En ændring på én pH-enhed svarer derfor ikke til en lille lineær ændring. Mellem pH 3 og pH 4 er der for eksempel en ti gange forskel i den tilsvarende hydrogenionaktivitet.

I praktisk måleteknik bestemmes pH-værdien ved hjælp af kalibrerede procedurer og referencepufferopløsninger. Physikalisch-Technische Bundesanstalt anvender hertil primære referencepuffere efter internationalt aftalte målemetoder.

Hvilke metoder til pH-måling findes der?

Den passende målemetode afhænger af, hvor præcis resultatet skal være, og under hvilke betingelser der måles.

Blandt de mest almindelige metoder er:

pH-teststrimler

De giver via et farveskift en omtrentlig pH-område. Farven sammenlignes med en påtrykt sammenligningsskala.

Universalindikatorpapir

Det dækker som regel et bredt pH-område og egner sig til hurtig orientering.

Indikatorpapir med snævert måleområde

Dette papir dækker kun et begrænset pH-område, men kan inden for dette område muliggøre en finere graduering.

Flydende indikatorer

Bestemte farvestoffer ændrer farve inden for et karakteristisk omslagsområde. De anvendes bl.a. ved syre-base-reaktioner og titreringer.

Elektroniske pH-metre

Et pH-meter måler det elektriske potentiale af en elektrode og omdanner det til en pH-værdi. I praksis anvendes ofte glaselektroder, som før målingen skal kalibreres med referencepufferopløsninger.

pH-teststrimler og indikatorpapir

pH-teststrimler er blandt de enkleste metoder til at bestemme den omtrentlige pH-værdi af en opløsning.

Anvendelsen er hurtig:

1. Dyp teststrimlen kortvarigt i prøven.
2. Ryst overskydende væske af eller lad det løbe af.
3. Vent den foreskrevne reaktionstid.
4. Sammenlign farven med sammenligningsskalaen.

Resultatet er som regel en visuel vurdering og ikke en højpræcis måleværdi.

Fordele ved pH-teststrimler

• hurtigt anvendelig,
• intet elektronisk måleudstyr påkrævet,
• let at transportere,
• ringe forberedelse,
• egnet til enkeltmålinger og orienterende kontrol,
• ingen kalibrering nødvendig.

Ulemper ved pH-teststrimler

• begrænset aflæsningsnøjagtighed,
• subjektiv farveopfattelse,
• vanskelig evaluering ved farvede eller uklare prøver,
• mulig påvirkning fra stærke oxidationsmidler eller andre reaktive bestanddele,
• ofte kun grove gradueringer,
• afhængigt af korrekt opbevaring og holdbarhed.

Universalindikatorpapir

Universalindikatorpapir dækker et bredt område, for eksempel pH 1 til 14. Det er nyttigt, når den forventede pH-værdi endnu ikke er kendt.

Det brede måleområde har dog en ulempe: De enkelte farvetrin ligger ofte relativt langt fra hinanden. Til en første klassificering er det tilstrækkeligt. Til en præcis proceskontrol som regel ikke.

Indikatorpapir med snævert måleområde

Hvis den omtrentlige pH-værdi allerede er kendt, kan et snævert måleområde være fordelagtigt.

Et papir for eksempelvis pH 4,0 til 7,0 muliggør inden for dette område som regel en finere aflæsning end et universalpapir fra pH 1 til 14.

Fremgangsmåden kan derfor være totrins:

1. Først bestemme det omtrentlige område med universalindikatorpapir.
2. Derefter måle efter med et snævrere gradueret indikatorpapir.

Flydende pH-indikatorer

Flydende indikatorer er kemiske farvestoffer, hvis farve ændrer sig afhængigt af pH-værdien.

Kendte eksempler er:

• Phenolphthalein,
• Methylorange,
• Methylrødt,
• Bromthymolblå,
• Bromkresolgrøn,
• Lakmus,
• Thymolblåt.

Hver indikator har et bestemt omslagsområde. Den viser derfor ikke hele pH-området jævnt.

Eksempel: Phenolphthalein

Phenolphthalein er farveløst i surt og svagt neutralt miljø. I alkalisk område udvikler det en rosa til kraftig pink farve.

Det er derfor ikke egnet til præcis måling af en vilkårlig pH-værdi. Det viser snarere, om en opløsning har nået det karakteristiske omslagsområde.

Eksempel: Methylorange

Methylorange ændrer farve i det sure område. Det bruges blandt andet ved visse syre-base-titrationer.

Hvad er flydende indikatorer velegnede til?

• demonstration af syre-base-reaktioner,
• titrationer,
• kontrol af, om et defineret omslagspunkt er nået,
• kvalitativ klassificering af en opløsning,
• Uddannelse og laboratorieundervisning.

Hvor ligger grænserne?

En enkelt indikator giver normalt ikke en præcis pH-værdi. Den viser kun, om prøven befinder sig inden for, under eller over dens omslagsområde.

Også prøvens egenfarve kan vanskeliggøre vurderingen. Ved stærkt farvede, uklare eller fluorescerende væsker er farveomslaget muligvis næppe synligt.

pH-meter og glaselektrode

Et elektronisk pH-meter er den foretrukne metode, når en konkret talværdi er nødvendig.

Apparatet består sædvanligvis af:

• Et måleapparat,
• En pH-elektrode,
• Ofte en temperatursensor,
• Kalibrerings- eller bufferopløsninger.

Elektroden genererer et elektrisk potentiale afhængigt af prøvens brintionaktivitet. Måleapparatet behandler dette signal og viser den beregnede pH-værdi.

Fordele ved et pH-meter

• Højere opløsning end ved teststrimler,
• Numerisk måleværdi,
• Bedre egnet til gentagne kontroller,
• Resultater kan dokumenteres og sammenlignes,
• Egnet til procesovervågning og laboratorieanalyse,
• Afhængigt af apparatet er automatisk temperaturkompensation mulig.

Ulemper ved et pH-meter

• Regelmæssig kalibrering nødvendig,
• Elektrode kræver pleje og passende opbevaring,
• Højere anskaffelsesomkostninger,
• Følsom over for forurening og udtørring,
• Ikke alle elektroder er egnede til alle prøver,
• Målefejl på grund af forkert temperatur eller utilstrækkelig stabilisering mulig.

Hvorfor skal et pH-meter kalibreres?

Egenskaberne af en elektrode ændrer sig med tiden. Aflejringer, aldring, opbevaring og temperatur kan påvirke måleresultatet.

Derfor kalibreres apparatet med bufferopløsninger med kendte pH-værdier. PTB påpeger, at kommercielle pH-måleapparater i praksis skal kalibreres med referencebufferopløsninger.

Til mange anvendelser bruges mindst en topunktskalibrering. Her vælges to buffere, mellem hvilke den forventede målte værdi ligger.

Eksempler:

• Sur prøve: buffer pH 4 og pH 7,
• Alkalisk prøve: buffer pH 7 og pH 10,
• Ukendt prøve: først orienterende måle og derefter vælge egnede kalibreringspunkter.

De konkrete kalibreringsværdier afhænger af apparatet, metoden og den krævede nøjagtighed.

Teststrimler eller pH-meter: den direkte sammenligning

pH-teststrimler

Resultat: omtrentligt pH-område
Nøjagtighed: lav til middel
Indsats: meget lav
Kalibrering: ikke nødvendig
Omkostninger: lave
Egnet til: hurtig orientering og enkle kontroller

Indikatorpapir med snævert måleområde

Resultat: snævrere pH-område
Nøjagtighed: bedre end ved bredt universalpapir, men fortsat visuelt
Indsats: lav
Kalibrering: ikke nødvendig
Omkostninger: lave
Egnet til: kendte måleområder og hurtige sammenligningskontroller

Flydende indikator

Resultat: farveomslag inden for et bestemt område
Nøjagtighed: afhængig af indikator og prøve
Indsats: lav til middel
Kalibrering: ikke nødvendig
Omkostninger: lav til middel
Egnet til: Titreringer, reaktionskontrol og demonstrationer

pH-meter

Resultat: numerisk måleværdi
Nøjagtighed: ved korrekt kalibrering betydeligt højere
Indsats: middel
Kalibrering: regelmæssigt nødvendig
Omkostninger: højere
Egnet til: Laboratorium, kvalitetskontrol, dokumentation og procesovervågning

Hvilken metode er egnet til hvilken anvendelse?

Hurtig test af en rengøringsløsning

Til hurtig klassificering af „sur, neutral eller basisk“ er et universalindikatorpapir som regel tilstrækkeligt.

Hvis det skal kontrolleres, om opløsningen ligger inden for et snævrere målområde, er et tilsvarende trinvist indikatorpapir mere hensigtsmæssigt.

Kontrol af vand

Til en orienterende kontrol kan indikatorpapir anvendes.

Den, der ønsker at dokumentere ændringer regelmæssigt, opdage små forskelle eller overvåge en proces, bør anvende et kalibreret pH-meter. Ved professionelle målinger i vandprøver skal prøvetagning, temperatur, kalibrering og måletidspunkt også tages i betragtning.

Jord og substrater

En teststrimmel bør ikke trykkes direkte på tør jord. Som regel fremstilles først en suspension eller et ekstrakt efter en defineret metode.

Resultatet afhænger blandt andet af:

• forholdet mellem prøve og væske,
• den anvendte væske,
• ventetiden,
• homogeniseringen,
• temperaturen.

Den, der ønsker at sammenligne måleværdier, skal bruge samme fremgangsmåde ved hver måling.

Titreringer

Til en simpel syre-base-titrering kan en passende farveindikator være tilstrækkelig. Det er afgørende, at dens omslagsområde passer til reaktionens forventede ækvivalensområde.

Ved farvede prøver, automatiserede processer eller højere nøjagtighedskrav kan en potentiometrisk bestemmelse med elektrode være mere egnet.

Kvalitetskontrol og produktion

Når pH-værdier dokumenteres, sammenlignes mellem batches eller bruges som godkendelseskriterium, er et pH-meter som regel det bedre valg.

Derudover bør følgende fastlægges:

• Kalibreringshyppighed,
• tilladte bufferopløsninger,
• Måletemperatur,
• Ventetid indtil stabil måleværdi,
• Rengøringsforløb,
• Dokumentation,
• Acceptgrænser.

Skole, uddannelse og demonstration

Til synlige syre-base-reaktioner er flydende indikatorer særligt velegnede. Universalindikatorpapir giver desuden en hurtig klassificering af flere prøver.

Mål pH-værdien korrekt: Trin for trin

Den nøjagtige fremgangsmåde afhænger af den valgte metode.

Måling med pH-teststrimler

1. Vælg passende måleområde

Brug universalpapir, hvis pH-området er ukendt.

Hvis den omtrentlige værdi er kendt, vælg et papir med smallere måleområde.

2. Brug en ren prøvebeholder

Tag en lille mængde af prøven i en ren beholder. Derved undgås det, at hele produktet forurenes af teststrimlen.

3. Fugt strimlen korrekt

Afhængigt af producentens anvisning bliver strimlen:

• kortvarigt nedsænket,
• fugtet med en dråbe,
• eller berørt med en ren glasstav.

Brugsanvisningerne for det pågældende produkt har forrang.

4. Overhold reaktionstiden

Aflæs ikke resultatet med det samme og heller ikke først flere minutter senere. Den korrekte ventetid står i produktvejledningen.

5. Sammenlign farven under passende lys

Brug så neutralt, lyst lys som muligt. Farvet belysning kan ændre opfattelsen.

6. Dokumentér resultatet som interval

En teststrimmel giver ofte ikke en præcist bekræftet enkeltværdi. Dokumentér derfor f.eks. "pH cirka 6–7" i stedet for "pH 6,4", hvis skalaen ikke muliggør denne nøjagtighed.

Måling med et pH-meter

1. Kontrollér elektroden

Kontrollér:

• Er elektroden ren?
• Blev den opbevaret korrekt?
• Er den tørret ud?
• Er der synlige skader?
• Er der tilstrækkelig elektrolyt til stede, hvis modellen kan genpåfyldes?

2. Forbered egnede buffere

Vælg kalibreringsbuffere, der dækker det forventede måleområde.

Forurenede bufferopløsninger kan forfalske hele kalibreringen. Hæld derfor ikke brugte buffere tilbage i beholderen.

3. Kalibrer apparatet

Skyl elektroden mellem bufferne med egnet vand og dupp den forsigtigt tør. Kraftig gnidning kan påvirke elektroden elektrostatisk eller beskadige den.

4. Tag hensyn til temperaturen

Buffer og prøve bør måles ved sammenlignelige temperaturer, hvis muligt. Temperaturen påvirker både elektroden og den faktiske pH-værdi af opløsningen.

En PTB-publikation angiver, at kalibrering og efterfølgende pH-måling bør udføres ved samme temperatur for at reducere temperaturafhængige afvigelser.

5. Dyp elektroden i prøven

Den følsomme måleflade skal være tilstrækkeligt dækket. Elektroden må ikke slå mod beholderbunden.

6. Bevæg prøven forsigtigt

Let omrøring kan hjælpe med at opnå en ensartet måleværdi. For kraftig omrøring kan indføre luft eller ændre sammensætningen af følsomme prøver.

7. Vent på stabil måleværdi

Aflæs ikke den første viste værdi. Vent, indtil displayet stabiliseres, eller apparatet signalerer et stabilt slutpunkt.

8. Rengør og opbevar elektroden korrekt

Efter målingen skylles elektroden i overensstemmelse med producentens anvisninger og opbevares i den foreskrevne opbevaringsopløsning.

En klassisk glaselektrode bør normalt ikke opbevares permanent i destilleret eller demineraliseret vand, medmindre producenten angiver andet.

Hvorfor temperatur og kalibrering er vigtige

Temperatur bliver ofte undervurderet ved pH-måling.

Den kan forårsage to forskellige effekter:

1. Elektrodens elektriske opførsel ændrer sig.
2. Den faktiske pH-værdi af prøven kan ændre sig med temperaturen.

En automatisk temperaturkompensation udligner især den temperaturafhængige elektrodereaktion. Det betyder ikke automatisk, at en værdi målt ved 10 °C direkte kan sidestilles med en værdi målt ved 30 °C.

Referencepuffere har derfor temperaturafhængige nominelle værdier. For en reproducerbar måling bør puffere, prøve og apparatur være tilstrækkeligt tempererede. Officielle referencemålinger fra PTB udføres i definerede temperaturområder.

Typiske fejl ved pH-måling

Anvendelse af et for bredt testområde

Hvis man forventer en værdi omkring pH 6, får man med et testpapir fra pH 1 til 14 muligvis kun en grov vurdering.

Et snævrere måleområde giver som regel en lettere skelnelig farveskala.

Visuel måling af farvede prøver

Ved mørke safter, farvestofopløsninger eller uklare suspensioner kan egenfarven dække indikatoren.

Et pH-meter kan være mere egnet her, forudsat at elektroden er beregnet til prøven.

Dyp teststrimlen direkte i forrådsbeholderen

Derved kan indikatorstoffer eller forureninger komme ind i produktet.

Det er bedre at tage en lille prøve i et separat kar.

Anvendelse af tilsmudset elektrode

Olier, proteiner, salte eller faste aflejringer kan forlænge reaktionstiden og forskydde resultatet.

Rengøringen skal passe til typen af forurening og til den anvendte elektrode.

Skyl ikke elektroden mellem prøverne

Rester af den forrige prøve ændrer den næste måling. Det er især kritisk ved stærkt sure, alkaliske eller pufferholdige opløsninger.

Kalibrering med uegnede eller gamle puffere

Åbnede, forurenede eller forkert opbevarede puffere kan ændre deres nominelle værdi.

Vær opmærksom på holdbarhed, opbevaringstemperatur og producentens angivelser.

Forkert valg af kalibreringspunkter

Hvis man forventer en alkalisk prøve, men kun kalibrerer i det sure område, arbejder man uden for det fornuftigt dækkede område.

Pufferne bør så vidt muligt dække den forventede måleværdi.

Overtag den første aflæsningsværdi

Elektroder har brug for tid til at tilpasse sig prøven. Ved lav temperatur, lav ledningsevne eller tilsmudset elektrode kan stabiliseringen tage længere tid.

Angiv måleresultater med for mange decimaler

En aflæsning på 7,00 betyder ikke automatisk, at hele målemetoden opnår en nøjagtighed på ±0,01 pH.

Til den faktiske målekvalitet hører også:

• Kalibrering,
• Tilstand af elektroden,
• Kvalitet af buffere,
• temperatur,
• Prøveforberedelse,
• Repeterbarhed.

Sammenlign forskellige målemetoder direkte

En teststrimmelværdi og en instrumentelt bestemt værdi kan afvige fra hinanden. Det betyder ikke automatisk, at et af resultaterne er forkert. Begge metoder har forskellig opløsning og fejlkilder.

Sikkerhed ved håndtering af sure og alkaliske opløsninger

En neutral eller kun let afvigende pH-værdi betyder ikke automatisk, at en prøve er ufarlig. Omvendt kan farligheden af et produkt ikke udledes alene af pH-værdien.

Andre relevante faktorer er:

• koncentration,
• kemisk sammensætning,
• oxidationsvirkning,
• toksicitet,
• temperatur,
• reaktivitet,
• anvendt mængde,
• mulig damp- eller aerosol-dannelse.

Før måling af kemiske produkter bør etiketten og sikkerhedsdatabladet derfor kontrolleres.

Afhængigt af prøven kan følgende være nødvendigt:

• beskyttelsesbriller,
• egnede beskyttelseshandsker,
• laboratoriekittel eller beskyttelsestøj,
• ansigtsbeskyttelse,
• teknisk ventilation,
• egnede prøvebeholdere.

Ukendte opløsninger bør ikke smages, indåndes direkte eller neutraliseres uden test.

Beslutningshjælp til den passende målemetode

Vælg universalindikatorpapir, hvis:

• det omtrentlige pH-område er ukendt,
• en hurtig orientering er tilstrækkelig,
• der ikke kræves høj nøjagtighed,
• kun lejlighedsvis måles.

Vælg indikatorpapir med snævert område, hvis:

• den forventede pH-værdi allerede er omtrent kendt,
• du bedre vil skelne inden for et bestemt område,
• en hurtig visuel kontrol er tilstrækkelig.

Vælg en flydende indikator, hvis:

• et bestemt kemisk omslagspunkt skal observeres,
• der udføres en syre-base-titrering,
• farveskiftet er en del af en demonstration eller reaktionskontrol.

Vælg et pH-meter, hvis:

• der er brug for en numerisk måleværdi,
• resultater dokumenteres,
• små ændringer er relevante,
• der måles regelmæssigt,
• batcher eller processer sammenlignes,
• prøvens egenfarve vanskeliggør en visuel vurdering.

Til mange opgaver er en kombination fornuftig: Først bestemmes det omtrentlige område med testpapir. Derefter foretages den mere nøjagtige måling med et passende kalibreret pH-meter.

Det afgørende er ikke, hvilken metode der teknisk set er mest omfattende. Det afgørende er, hvilken målekvalitet den konkrete opgave kræver.

Hos ChemMarkt.de finder du indikatorpapir, syre-base-indikatorer, bufferopløsninger og kemiske reagenser til laboratorium, drift, uddannelse og tekniske anvendelser.

Opdag produkter til pH-bestemmelse og vælg den passende løsning til dit måleområde.