Melding

En teststrimmel dyppes kort, endrer farge og gir et resultat i løpet av få sekunder. Det høres enkelt ut. Likevel er denne metoden ikke egnet for alle oppgaver. Den som bare vil vite om en rengjøringsløsning er sur eller alkalisk, trenger en annen målenøyaktighet enn et laboratorium som må dokumentere pH-verdien til en prøve eller kontrollere en prosess.

Blant annet finnes det pH-teststrimler, indikatorpapir, flytende syre-base-indikatorer og elektroniske pH-metere. Hver metode har sitt eget måleområde, typiske feilkilder og nyttige bruksområder.

Denne veiledningen hjelper deg å velge riktig metode og bestemme pH-verdier mer pålitelig.

Hva viser pH-verdien?

pH-verdien beskriver om en vandig løsning er sur, nøytral eller alkalisk.

Forenklet gjelder:

• En pH-verdi under 7 indikerer en sur løsning.
• En pH-verdi på omtrent 7 regnes som nøytral ved romtemperatur.
• En pH-verdi over 7 indikerer en alkalisk eller basisk løsning.

Den kjente skalaen fra 0 til 14 er en praktisk rettesnor for mange vandige løsninger. Den må imidlertid ikke forstås som en fast grense. Under visse forhold kan verdier utenfor dette området også forekomme.

pH-verdien er logaritmisk. En endring på én pH-enhet tilsvarer derfor ikke en liten lineær endring. Mellom pH 3 og pH 4 er det for eksempel en tidobbel forskjell i den tilsvarende hydrogenionaktiviteten.

I praktisk måleteknikk bestemmes pH-verdien ved hjelp av kalibrerte prosedyrer og referansebufferløsninger. Physikalisch-Technische Bundesanstalt bruker primære referansebuffere i henhold til internasjonalt avtalte målemetoder.

Hvilke metoder for pH-måling finnes?

Den passende målemetoden avhenger av hvor nøyaktig resultatet må være og under hvilke forhold det måles.

De vanligste metodene inkluderer:

pH-teststrimler

De gir et omtrentlig pH-område gjennom en fargeendring. Fargen sammenlignes med en påtrykt skala.

Universalindikatorpapir

Det dekker vanligvis et bredt pH-område og egner seg til rask orientering.

Indikatorpapir med smalt måleområde

Dette papiret dekker kun et begrenset pH-område, men kan gi en finere inndeling innenfor dette området.

Flytende indikatorer

Bestemte fargestoffer endrer farge innenfor et karakteristisk omslagsområde. De brukes blant annet ved syre-base-reaksjoner og titreringer.

Elektroniske pH-metere

Et pH-meter måler det elektriske potensialet til en elektrode og konverterer det til en pH-verdi. I praksis brukes ofte glasselektroder, som må kalibreres med referansebufferløsninger før målingen.

pH-teststrimler og indikatorpapir

pH-teststrimler er blant de enkleste metodene for å bestemme omtrentlig pH-verdi i en løsning.

Bruken er rask:

1. Fukte teststrimmelen kort med prøven.
2. Riste av eller la overflødig væske renne av.
3. Vente på den foreskrevne reaksjonstiden.
4. Sammenligne fargen med sammenligningsskalaen.

Resultatet er vanligvis en visuell vurdering og ikke en høy presis måleverdi.

Fordeler med pH-teststrimler

• raskt anvendelig,
• inget elektronisk måleinstrument nødvendig,
• lett å transportere,
• liten forberedelse,
• egnet for enkeltmålinger og orienterende kontroller,
• ingen kalibrering nødvendig.

Ulemper med pH-teststrimler

• begrenset avlesningsnøyaktighet,
• subjektiv fargeoppfatning,
• vanskelig vurdering ved fargede eller uklare prøver,
• mulig påvirkning fra sterke oksidasjonsmidler eller andre reaktive komponenter,
• ofte bare grove inndelinger,
• avhengig av riktig lagring og holdbarhet.

Universalindikatorpapir

Universalindikatorpapir dekker et bredt område, for eksempel pH 1 til 14. Det er nyttig når den forventede pH-verdien ikke er kjent ennå.

Det brede måleområdet har imidlertid en ulempe: De enkelte fargetrinnene ligger ofte relativt langt fra hverandre. For en første klassifisering er det tilstrekkelig. For en nøyaktig prosesskontroll vanligvis ikke.

Indikatorpapir med smalt måleområde

Hvis den omtrentlige pH-verdien allerede er kjent, kan et smalt måleområde være fordelaktig.

Et papir for for eksempel pH 4,0 til 7,0 gir innenfor dette området vanligvis en finere avlesning enn et universalpapir fra pH 1 til 14.

Fremgangsmåten kan derfor være totrinns:

1. Først bestemme det omtrentlige området med universalindikatorpapir.
2. Deretter måle med et smalere gradert indikatorpapir.

Flytende pH-indikatorer

Flytende indikatorer er kjemiske fargestoffer, hvis farge endrer seg avhengig av pH-verdien.

Kjente eksempler er:

• Fenolftalein,
• Metyloransje,
• Metylrødt,
• Bromtymolblått,
• Bromkresolgrønt,
• Lakmus,
• Tymolblått.

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

Eksempel: Fenolftalein

Fenolftalein er fargeløst i surt og svakt nøytralt miljø. I alkalisk område utvikler det en rosa til kraftig rosa farge.

Det egner seg derfor ikke til nøyaktig måling av en vilkårlig pH-verdi. Det viser snarere om en løsning har nådd det karakteristiske omslagsområdet.

Eksempel: Metyloransje

Metyloransje endrer farge i surt område. Det brukes blant annet ved visse syre-base-titreringer.

Hva egner flytende indikatorer seg til?

• demonstrasjon av syre-base-reaksjoner,
• titreringer,
• kontroll av om et definert omslagspunkt er nådd,
• kvalitativ klassifisering av en løsning,
• Opplæring og laboratorieundervisning.

Hvor ligger grensene?

En enkelt indikator gir vanligvis ikke en nøyaktig pH-verdi. Den viser kun om prøven befinner seg innenfor, under eller over sitt omslagsområde.

Også prøvens egenfarge kan vanskeliggjøre vurderingen. Ved sterkt fargede, uklare eller fluorescerende væsker kan fargeomslaget muligens være knapt synlig.

pH-meter og glasselektrode

Et elektronisk pH-meter er den foretrukne metoden når en konkret tallverdi er nødvendig.

Apparatet består vanligvis av:

• et måleapparat,
• en pH-elektrode,
• ofte en temperatursensor,
• Kalibrerings- eller bufferløsninger.

Elektroden genererer et elektrisk potensial avhengig av prøvens hydrogenionaktivitet. Måleapparatet behandler dette signalet og viser den beregnede pH-verdien.

Fordeler med et pH-meter

• høyere oppløsning enn med teststrimler,
• numerisk måleverdi,
• bedre egnet for gjentatte kontroller,
• resultater kan dokumenteres og sammenlignes,
• egnet for prosessovervåking og laboratorieanalyse,
• avhengig av apparatet er automatisk temperaturkompensasjon mulig.

Ulemper med et pH-meter

• regelmessig kalibrering nødvendig,
• Elektrode trenger pleie og egnet oppbevaring,
• høyere anskaffelseskostnader,
• følsom for forurensning og uttørking,
• ikke alle elektroder egner seg for alle prøver,
• Målefeil på grunn av feil temperatur eller utilstrekkelig stabilisering mulig.

Hvorfor må et pH-meter kalibreres?

Egenskapene til en elektrode endrer seg over tid. Avleiringer, aldring, lagring og temperatur kan påvirke måleresultatet.

Derfor kalibreres apparatet med bufferløsninger med kjente pH-verdier. PTB påpeker at kommersielle pH-målere i praksis må kalibreres med referansebufferløsninger.

For mange anvendelser brukes minst en topunktskalibrering. Da velges to buffere som den forventede målte verdien ligger mellom.

Eksempler:

• sur prøve: buffer pH 4 og pH 7,
• alkalisk prøve: buffer pH 7 og pH 10,
• ukjent prøve: først måle orienterende og deretter velge passende kalibreringspunkter.

De konkrete kalibreringsverdiene avhenger av apparatet, metoden og den nødvendige nøyaktigheten.

Teststrimler eller pH-meter: den direkte sammenligningen

pH-teststrimler

Resultat: omtrentlig pH-område
Nøyaktighet: lav til middels
Innsats: svært lav
Kalibrering: ikke nødvendig
Kostnader: lav
Egnet for: rask orientering og enkle kontroller

Indikatorpapir med smalt måleområde

Resultat: smalere pH-område
Nøyaktighet: bedre enn med bredt universalpapir, men fortsatt visuell
Innsats: lav
Kalibrering: ikke nødvendig
Kostnader: lav
Egnet for: kjente måleområder og raske sammenligningskontroller

Flytende indikator

Resultat: fargeomslag innenfor et bestemt område
Nøyaktighet: avhengig av indikator og prøve
Innsats: lav til middels
Kalibrering: ikke nødvendig
Kostnader: lav til middels
Egnet for: titreringer, reaksjonskontroll og demonstrasjoner

pH-meter

Resultat: numerisk måleverdi
Nøyaktighet: betydelig høyere ved korrekt kalibrering
Innsats: middels
Kalibrering: regelmessig nødvendig
Kostnader: høyere
Egnet for: Laboratorium, kvalitetskontroll, dokumentasjon og prosessovervåking

Hvilken metode egner seg for hvilken anvendelse?

Rask testing av en rengjøringsløsning

Für die schnelle Einordnung „sauer, neutral oder alkalisch“ reicht meist ein Universalindikatorpapier aus.

Skal det kontrolleres om løsningen ligger innenfor et smalere målområde, er et tilsvarende gradert indikatorpapir mer hensiktsmessig.

Kontroll av vann

For en orienterende kontroll kan indikatorpapir brukes.

Den som ønsker å dokumentere endringer regelmessig, oppdage små forskjeller eller overvåke en prosess, bør bruke et kalibrert pH-meter. Ved profesjonelle målinger i vannprøver må også prøvetaking, temperatur, kalibrering og måletidspunkt tas i betraktning.

Jord og substrater

En teststrimmel bør ikke presses direkte på tørr jord. Vanligvis fremstilles først en suspensjon eller et ekstrakt etter en definert metode.

Resultatet avhenger blant annet av:

• forholdet mellom prøve og væske,
• væsken som brukes,
• ventetiden,
• homogeniseringen,
• temperaturen.

Den som ønsker å sammenligne måleverdier, må bruke samme fremgangsmåte ved hver måling.

Titreringer

For en enkel syre-base-titrering kan en passende fargeindikator være tilstrekkelig. Det avgjørende er at omslagsområdet passer til det forventede ekvivalensområdet for reaksjonen.

Ved fargede prøver, automatiserte prosedyrer eller høyere nøyaktighetskrav kan en potensiometrisk bestemmelse med elektrode være mer egnet.

Kvalitetskontroll og produksjon

Så snart pH-verdier dokumenteres, sammenlignes mellom batcher eller brukes som frigivelseskriterium, er et pH-meter som regel det bedre valget.

I tillegg bør følgende fastsettes:

• Kalibreringsfrekvens,
• tillatte bufferløsninger,
• Måletemperatur,
• Ventetid til stabil måleverdi,
• Rengjøringsforløp,
• Dokumentasjon,
• Akseptgrenser.

Skole, opplæring og demonstrasjon

For synlige syre-base-reaksjoner egner flytende indikatorer seg spesielt godt. Universalindikatorpapir gir i tillegg en rask klassifisering av flere prøver.

Mål pH-verdien riktig: Trinn for trinn

Den nøyaktige fremgangsmåten avhenger av den valgte metoden.

Måling med pH-teststrimler

1. Velge passende måleområde

Bruk universalpapir dersom pH-området er ukjent.

Hvis den omtrentlige verdien er kjent, velg et papir med smalere måleområde.

2. Bruke rent prøvekar

Ta en liten mengde av prøven i en ren beholder. Dette unngår at hele produktet forurenses av teststripen.

3. Fukte stripen riktig

Avhengig av produsentens anvisning blir stripen:

• kort dyppet ned,
• fuktet med en dråpe,
• eller kontaktes med en ren glassstav.

Bruksanvisningen for det aktuelle produktet har forrang.

4. Ta hensyn til reaksjonstiden

Ikke avles resultatet umiddelbart, og heller ikke først flere minutter senere. Riktig ventetid står i produktveiledningen.

5. Sammenligne farge under egnet lys

Bruk så nøytralt, lyst lys som mulig. Farget belysning kan endre oppfatningen.

6. Dokumentere resultatet som et område

En teststrimmel gir ofte ikke en eksakt bekreftet enkeltverdi. Dokumenter derfor for eksempel «pH omtrent 6–7» i stedet for «pH 6,4» dersom skalaen ikke tillater denne nøyaktigheten.

Måling med et pH-meter

1. Kontrollere elektroden

Kontroller:

• Er elektroden ren?
• Ble den lagret riktig?
• Er den tørket ut?
• Er det synlige skader?
• Er det tilstrekkelig elektrolytt til stede, dersom modellen kan etterfylles?

2. Forberede egnede buffere

Velg kalibreringsbuffere som dekker forventet måleområde.

Forurensede bufferløsninger kan forfalske hele kalibreringen. Hell derfor ikke brukte buffere tilbake i beholderen.

3. Kalibrere enheten

Skyll elektroden mellom buffere med egnet vann og tørk den forsiktig. Kraftig gnidning kan påvirke elektroden elektrostatisk eller skade den.

4. Ta hensyn til temperatur

Buffer og prøve bør måles ved sammenlignbare temperaturer. Temperaturen påvirker både elektroden og den faktiske pH-verdien i løsningen.

En publikasjon fra PTB påpeker at kalibrering og påfølgende pH-måling bør utføres ved samme temperatur for å redusere temperaturavhengige avvik.

5. Dypp elektroden i prøven

Det sensitive måleområdet må være tilstrekkelig dekket. Elektroden må ikke slå mot bunnen av beholderen.

6. Beveg prøven forsiktig

Lett omrøring kan bidra til å oppnå en jevn måleverdi. For kraftig omrøring kan tilføre luft eller endre sammensetningen i sensitive prøver.

7. Vent på stabil måleverdi

Ikke avles den første viste verdien. Vent til displayet stabiliserer seg, eller enheten signaliserer et stabilt endepunkt.

8. Rengjøre og lagre elektroden riktig

Etter målingen skylles elektroden i henhold til produsentens anvisninger og lagres i den foreskrevne oppbevaringsløsningen.

En klassisk glasselektrode bør normalt ikke oppbevares permanent i destillert eller avionisert vann, med mindre produsenten angir noe annet.

Hvorfor temperatur og kalibrering er viktig

Temperatur blir ofte undervurdert ved pH-måling.

Den kan forårsake to forskjellige effekter:

1. Elektrodens elektriske oppførsel endrer seg.
2. Den faktiske pH-verdien til prøven kan endre seg med temperaturen.

En automatisk temperaturkompensasjon kompenserer først og fremst den temperaturavhengige elektrodereaksjonen. Det betyr ikke automatisk at en verdi målt ved 10 °C direkte kan likestilles med en verdi målt ved 30 °C.

Referansebuffere har derfor temperaturavhengige nominelle verdier. For en reproduserbar måling bør buffere, prøve og instrument være tilstrekkelig temperert. Offisielle referansemålinger fra PTB utføres i definerte temperaturområder.

Typiske feil ved pH-måling

Bruke et for bredt testområde

Den som forventer en verdi rundt pH 6, får med et testpapir fra pH 1 til 14 kanskje bare en grov klassifisering.

Et smalere måleområde gir vanligvis en bedre skillbar fargeskala.

Måle fargede prøver visuelt

Ved mørke safter, fargestoffløsninger eller uklare suspensjoner kan egenfargen dekke over indikatoren.

Et pH-meter kan være mer egnet her, forutsatt at elektroden er beregnet for prøven.

Dyppe teststrimmelen direkte i beholderen

Derved kan indikatorstoffer eller forurensninger komme inn i produktet.

Det er bedre å ta en liten prøve i et separat kar.

Bruke skitten elektrode

Oljer, proteiner, salter eller faste avleiringer kan forlenge reaksjonstiden og forskyve resultatet.

Rengjøringen må tilpasses typen forurensning og den anvendte elektroden.

Ikke skylle elektrodene mellom prøver

Rester fra forrige prøve endrer neste måling. Dette er spesielt kritisk ved sterkt sure, alkaliske eller buffrede løsninger.

Kalibrere med uegnede eller gamle buffere

Åpnede, forurensede eller feil lagrede buffere kan endre sin nominelle verdi.

Vær oppmerksom på holdbarhet, lagringstemperatur og produsentens anvisninger.

Velge kalibreringspunkter feil

Den som forventer en alkalisk prøve, men kalibrerer utelukkende i det sure området, arbeider utenfor det fornuftig dekkede området.

Buffere bør omfatte den forventede måleverdi så vidt mulig.

Overta den første avlesningsverdien

Elektroder trenger tid for å tilpasse seg prøven. Ved lav temperatur, lav ledningsevne eller skitten elektrode kan stabiliseringen ta lengre tid.

Oppgi måleresultater med for mange desimaler

En avlesning på 7,00 betyr ikke automatisk at hele måleprosedyren oppnår en nøyaktighet på ±0,01 pH.

Til den faktiske målekvaliteten hører også:

• Kalibrering,
• Tilstand på elektroden,
• Kvalitet på buffere,
• temperatur,
• Prøveforberedelse,
• Repeterbarhet.

Sammenlign ulike målemetoder direkte

En teststrimmelverdi og en instrumentelt bestemt verdi kan avvike fra hverandre. Det betyr ikke automatisk at ett av resultatene er feil. Begge metodene har forskjellig oppløsning og feilkilder.

Sikkerhet ved håndtering av sure og alkaliske løsninger

En nøytral eller bare svakt avvikende pH-verdi betyr ikke automatisk at en prøve er ufarlig. Omvendt kan farligheten av et produkt ikke utledes kun fra pH-verdien.

Andre relevante faktorer er:

• konsentrasjon,
• kjemisk sammensetning,
• oksidasjonseffekt,
• toksisitet,
• temperatur,
• reaktivitet,
• anvendt mengde,
• mulig damp- eller aerosoldannelse.

Før måling av kjemiske produkter bør derfor etikett og sikkerhetsdatablad kontrolleres.

Avhengig av prøve kan det være nødvendig:

• vernebriller,
• egnede vernehansker,
• laboratoriefrakk eller verneklær,
• ansiktsbeskyttelse,
• teknisk ventilasjon,
• egnede prøvebeholdere.

Ukjente løsninger bør ikke smakes, innåndes direkte eller nøytraliseres uten testing.

Beslutningshjelp for passende målemetode

Velg universalindikatorpapir når:

• det omtrentlige pH-området er ukjent,
• en rask orientering er tilstrekkelig,
• ingen høy nøyaktighet er nødvendig,
• bare av og til måles.

Velg indikatorpapir med smalt område når:

• den forventede pH-verdien allerede er omtrent kjent,
• du ønsker å skille bedre innenfor et bestemt område,
• en rask visuell kontroll er tilstrekkelig.

Velg en flytende indikator når:

• et bestemt kjemisk omslagspunkt skal observeres,
• en syre-base-titrering utføres,
• fargeomslaget er en del av en demonstrasjon eller reaksjonskontroll.

Velg et pH-meter når:

• en numerisk måleverdi er nødvendig,
• resultater dokumenteres,
• små endringer er relevante,
• regelmessig måles,
• batcher eller prosesser sammenlignes,
• prøvens egenfarge vanskeliggjør en visuell vurdering.

For mange oppgaver er en kombinasjon fornuftig: Først bestemmes det omtrentlige området med testpapir. Deretter utføres den mer nøyaktige målingen med et passende kalibrert pH-meter.

Avgjørende er ikke hvilken metode som er teknisk mest omfattende. Avgjørende er hvilken målekvalitet den konkrete oppgaven krever.

Hos ChemMarkt.de finner du indikatorpapir, syre-base-indikatorer, bufferløsninger og kjemiske reagenser for laboratorium, drift, opplæring og tekniske anvendelser.

Oppdag produkter for pH-bestemmelse og velg den riktige løsningen for ditt måleområde.