Správa

Testovací prúžok sa krátko ponorí, zafarbí sa a v priebehu niekoľkých sekúnd poskytne výsledok. Znie to jednoducho. Napriek tomu táto metóda nie je vhodná pre každú úlohu. Kto chce len vedieť, či je čistiaci roztok kyslý alebo zásaditý, potrebuje inú presnosť merania ako laboratórium, ktoré musí zdokumentovať hodnotu pH vzorky alebo kontrolovať proces.

Na výber sú okrem iného pH-testovacie prúžky, indikátorové papiere, kvapalné acidobázické indikátory a elektronické pH-metre. Každá metóda má svoj vlastný rozsah merania, typické zdroje chýb a zmysluplné oblasti použitia.

Táto príručka vám pomôže vybrať vhodnú metódu a spoľahlivejšie určiť hodnoty pH.

Čo ukazuje hodnota pH?

Hodnota pH popisuje, či vodný roztok reaguje kyslo, neutrálne alebo alkalicky.

Zjednodušene platí:

• Hodnota pH pod 7 poukazuje na kyslý roztok.
• Hodnota pH okolo 7 sa pri izbovej teplote považuje za neutrálnu.
• Hodnota pH nad 7 poukazuje na alkalický resp. zásaditý roztok.

Známa stupnica od 0 do 14 je pre mnohé vodné roztoky praktickou orientáciou. Nemala by sa však chápať ako pevná hranica. Za určitých podmienok sa môžu vyskytnúť aj hodnoty mimo tohto rozsahu.

Hodnota pH je logaritmická. Zmena o jednu jednotku pH preto nezodpovedá malej lineárnej zmene. Medzi pH 3 a pH 4 je napríklad desaťnásobný rozdiel v zodpovedajúcej aktivite vodíkových iónov.

V praktickej meracej technike sa hodnota pH určuje pomocou kalibrovaných postupov a referenčných tlmivých roztokov. Fyzikálno-technická spolková inštitúcia (PTB) na to používa primárne referenčné tlmivé roztoky podľa medzinárodne dohodnutých meracích postupov.

Aké metódy merania pH existujú?

Vhodná metóda merania závisí od toho, aká presná musí byť výsledok a za akých podmienok sa meranie vykonáva.

Medzi najčastejšie metódy patria:

pH testovacie prúžky

Poskytujú prostredníctvom zmeny farby približný rozsah pH. Farba sa porovnáva s vytlačenou porovnávacou stupnicou.

Univerzálny indikátorový papierik

Zvyčajne pokrýva široký rozsah pH a je vhodný na rýchlu orientáciu.

Indikátorový papier s úzkym meracím rozsahom

Tento papier zachytáva len obmedzený rozsah pH, ale v tomto rozsahu môže umožniť jemnejšie odstupňovanie.

Kvapalné indikátory

Niektoré farbivá menia svoju farbu v rámci charakteristickej oblasti prechodu. Používajú sa okrem iného pri acidobázických reakciách a titráciách.

Elektronické pH-metre

pH-meter meria elektrický potenciál elektródy a prevádza ho na hodnotu pH. V praxi sa často používajú sklenené elektródy, ktoré je potrebné pred meraním kalibrovať referenčnými tlmivými roztokmi.

pH-testovacie prúžky a indikátorový papier

pH-testovacie prúžky patria medzi najjednoduchšie metódy na približné určenie pH roztoku.

Použitie je rýchle:

1. Krátko namočiť testovací prúžok do vzorky.
2. Pretrepať alebo nechať odkvapkať prebytočnú tekutinu.
3. Počkať na predpísaný reakčný čas.
4. Porovnať farbu s porovnávacou stupnicou.

Výsledok je zvyčajne vizuálne posúdenie a nie vysoko presná nameraná hodnota.

Výhody pH testovacích prúžkov

• rýchlo použiteľné,
• nie je potrebné elektronické meracie zariadenie,
• ľahko prenosné,
• malá príprava,
• vhodné na jednotlivé merania a orientačné kontroly,
• nie je potrebná kalibrácia,

Nevýhody pH testovacích prúžkov

• obmedzená presnosť odčítania,
• subjektívne vnímanie farieb,
• ťažké vyhodnotenie pri farebných alebo zakalených vzorkách,
• možné ovplyvnenie silnými oxidačnými činidlami alebo inými reaktívnymi zložkami,
• často len hrubé odstupňovanie,
• závislé od správneho skladovania a trvanlivosti,

Univerzálny indikátorový papierik

Univerzálny indikátorový papierik pokrýva široký rozsah, napríklad pH 1 až 14. Je vhodný, keď očakávaná hodnota pH ešte nie je známa.

Široký merací rozsah má však nevýhodu: Jednotlivé farebné stupne sú často pomerne ďaleko od seba. Na prvé zaradenie to stačí. Na presnú kontrolu procesu väčšinou nie.

Indikátorový papier s úzkym meracím rozsahom

Ak je približná hodnota pH už známa, môže byť výhodný úzky merací rozsah.

Papierik napríklad pre pH 4,0 až 7,0 umožňuje v tomto rozsahu zvyčajne presnejšie odčítanie ako univerzálny papierik od pH 1 do 14.

Postup preto môže byť dvojstupňový:

1. Najprv určiť približnú oblasť pomocou univerzálneho indikátorového papierika.
2. Následne premerať užším odstupňovaným indikátorovým papierikom.

Tekuté pH indikátory

Tekuté indikátory sú chemické farbivá, ktorých farba sa mení v závislosti od hodnoty pH.

Známe príklady sú:

• Fenolftaleín,
• Metyloranž,
• Metylčerveň,
• Brómtymolová modrá,
• Brómkrezolová zeleň,
• Lakmus,
• Tymolová modrá.

Každý indikátor má určitú oblasť prechodu. Preto nezobrazuje rovnomerne celé pH spektrum.

Príklad: Fenolftaleín

Fenolftaleín je v kyslom a slabo neutrálnom prostredí bezfarebný. V alkalickom prostredí získava ružové až silne ružové sfarbenie.

Preto nie je vhodný na presné meranie ľubovoľnej hodnoty pH. Skôr ukazuje, či roztok dosiahol charakteristickú oblasť prechodu.

Príklad: Metyloranž

Metyloranž mení svoju farbu v kyslom prostredí. Používa sa okrem iného pri niektorých acidobázických titráciách.

Na čo sú vhodné tekuté indikátory?

• ukážka acidobázických reakcií,
• titrácie,
• kontrola, či sa dosiahol definovaný bod prechodu,
• kvalitatívne zaradenie roztoku,
• Školenie a laboratórne vyučovanie.

Kde sú hranice?

Jeden indikátor zvyčajne neposkytuje presnú hodnotu pH. Iba ukazuje, či sa vzorka nachádza v, pod alebo nad jeho oblasťou prechodu.

Aj vlastná farba vzorky môže sťažiť posúdenie. Pri silne sfarbených, zakalených alebo fluoreskujúcich kvapalinách môže byť farebná zmena len ťažko rozpoznateľná.

pH meter a sklenená elektróda

Elektronický pH meter je preferovanou metódou, keď je potrebná konkrétna číselná hodnota.

Prístroj sa zvyčajne skladá z:

• meracím prístrojom,
• pH elektródou,
• často teplotným senzorom,
• Kalibračné resp. pufrovacie roztoky.

Elektróda vytvára elektrický potenciál v závislosti od aktivity vodíkových iónov vo vzorke. Merací prístroj spracúva tento signál a zobrazuje vypočítanú hodnotu pH.

Výhody pH metra

• vyššie rozlíšenie ako pri testovacích prúžkoch,
• numerická nameraná hodnota,
• vhodnejšie na opakované kontroly,
• výsledky je možné dokumentovať a porovnávať,
• vhodné na monitorovanie procesov a laboratórnu analýzu,
• v závislosti od prístroja je možná automatická kompenzácia teploty.

Nevýhody pH metra

• pravidelná kalibrácia je nevyhnutná,
• elektróda vyžaduje starostlivosť a vhodné skladovanie,
• vyššie obstarávacie náklady,
• citlivá na znečistenie a vyschnutie,
• nie každá elektróda je vhodná pre každú vzorku,
• Možné chyby merania v dôsledku nesprávnej teploty alebo nedostatočnej stabilizácie.

Prečo musí byť pH meter kalibrovaný?

Vlastnosti elektródy sa časom menia. Usadeniny, starnutie, skladovanie a teplota môžu ovplyvniť výsledok merania.

Preto sa prístroj kalibruje pomocou pufrovacích roztokov so známymi hodnotami pH. PTB upozorňuje, že komerčné pH metre musia byť v praxi kalibrované referenčnými pufrovacími roztokmi.

Pre mnohé aplikácie sa používa aspoň dvojbodová kalibrácia. Pri nej sa vyberú dva pufre, medzi ktorými leží očakávaná nameraná hodnota.

Príklady:

• kyslá vzorka: pufre pH 4 a pH 7,
• alkalická vzorka: pufre pH 7 a pH 10,
• neznáma vzorka: najskôr orientačne zmerať a potom vybrať vhodné kalibračné body.

Konkrétne kalibračné hodnoty závisia od prístroja, metódy a požadovanej presnosti.

Testovacie prúžky alebo pH meter: priame porovnanie

pH testovacie prúžky

Výsledok: približný rozsah pH
Presnosť: nízka až stredná
Náročnosť: veľmi nízka
Kalibrácia: nie je potrebná
Náklady: nízke
Vhodné pre: rýchlu orientáciu a jednoduché kontroly

Indikátorový papier s úzkym meracím rozsahom

Výsledok: užší rozsah pH
Presnosť: lepšia ako pri širokom univerzálnom papieri, ale stále vizuálna
Náročnosť: nízka
Kalibrácia: nie je potrebná
Náklady: nízke
Vhodné pre: známe meracie rozsahy a rýchle porovnávacie kontroly

Kvapalný indikátor

Výsledok: farebná zmena v rámci určitého rozsahu
Presnosť: závisí od indikátora a vzorky
Náročnosť: nízka až stredná
Kalibrácia: nie je potrebná
Náklady: nízke až stredné
Vhodné pre: Titrácie, kontrolu reakcií a demonštrácie

pH meter

Výsledok: numerická nameraná hodnota
Presnosť: pri správnej kalibrácii výrazne vyššia
Náročnosť: stredná
Kalibrácia: pravidelne potrebná
Náklady: vyššie
Vhodné pre: Laboratórium, kontrolu kvality, dokumentáciu a monitorovanie procesov

Ktorá metóda je vhodná pre ktorú aplikáciu?

Rýchla kontrola čistiaceho roztoku

Na rýchle zatriedenie „kyslý, neutrálny alebo zásaditý“ zvyčajne postačuje univerzálny indikátorový papier.

Ak sa má skontrolovať, či je roztok v užšom cieľovom rozsahu, je vhodnejší zodpovedajúci odstupňovaný indikátorový papier.

Kontrola vody

Na orientačnú kontrolu možno použiť indikátorový papier.

Kto chce pravidelne dokumentovať zmeny, rozpoznať malé rozdiely alebo monitorovať proces, mal by použiť kalibrovaný pH meter. Pri profesionálnych meraniach vo vzorkách vody treba navyše zohľadniť odber vzoriek, teplotu, kalibráciu a čas merania.

Pôda a substráty

Testovací prúžok by sa nemal jednoducho pritlačiť priamo na suchú pôdu. Zvyčajne sa najprv podľa definovanej metódy pripraví suspenzia alebo extrakt.

Výsledok okrem iného závisí od:

• pomeru medzi vzorkou a kvapalinou,
• použitej kvapaliny,
• čakacej doby,
• homogenizácie,
• teploty.

Kto chce porovnávať namerané hodnoty, musí pri každom meraní použiť rovnaký postup.

Titrácie

Na jednoduchú acidobázickú titráciu môže postačiť vhodný farebný indikátor. Rozhodujúce je, aby jeho oblasť prechodu zodpovedala očakávanej ekvivalentnej oblasti reakcie.

Pri farebných vzorkách, automatizovaných postupoch alebo vyšších požiadavkách na presnosť môže byť vhodnejšie potenciometrické stanovenie s elektródou.

Kontrola kvality a výroba

Akonáhle sú hodnoty pH dokumentované, porovnávané medzi šaržami alebo používané ako kritérium uvoľnenia, je pH meter spravidla lepšou voľbou.

Okrem toho by sa mali stanoviť:

• Frekvencia kalibrácie,
• Prípustné tlmivé roztoky,
• Teplota merania,
• Čakacia doba do stabilnej nameranej hodnoty,
• Postup čistenia,
• Dokumentácia,
• Hranice prijateľnosti.

Škola, vzdelávanie a demonštrácia

Pre viditeľné acidobázické reakcie sú obzvlášť vhodné kvapalné indikátory. Univerzálny indikátorový papier navyše umožňuje rýchle zatriedenie viacerých vzoriek.

Správne meranie pH: krok za krokom

Presný postup závisí od zvolenej metódy.

Meranie s pH testovacími prúžkami

1. Vybrať vhodný rozsah merania

Použite univerzálny papier, ak je rozsah pH neznámy.

Ak je známa približná hodnota, vyberte papier s užším rozsahom merania.

2. Použiť čistú nádobu na vzorku

Odoberte malé množstvo vzorky do čistej nádoby. Tým sa zabráni kontaminácii celého produktu testovacím prúžkom.

3. Správne navlhčiť prúžok

V závislosti od pokynov výrobcu sa prúžok:

• krátko ponorený,
• navlhčený kvapkou,
• alebo kontaktovaný čistou sklenenou tyčinkou.

Pokyny na použitie príslušného produktu majú prednosť.

4. Dodržať reakčný čas

Neodčítajte výsledok okamžite ani až o niekoľko minút neskôr. Správny čas čakania je uvedený v návode k produktu.

5. Porovnať farbu pri vhodnom svetle

Používajte čo najneutrálnejšie, jasné svetlo. Farebné osvetlenie môže zmeniť vnímanie.

6. Dokumentovať výsledok ako rozsah

Testovací prúžok často neposkytuje presne stanovenú jednotlivú hodnotu. Preto dokumentujte napríklad „pH približne 6–7“ namiesto „pH 6,4“, ak stupnica takúto presnosť neumožňuje.

Meranie pH metrom

1. Skontrolovať elektródu

Skontrolujte:

• Je elektróda čistá?
• Bola správne skladovaná?
• Je vysušená?
• Sú prítomné viditeľné poškodenia?
• Je dostatok elektrolytu, ak je model možné dopĺňať?

2. Pripraviť vhodné tlmivé roztoky

Vyberte kalibračné tlmivé roztoky, ktoré pokrývajú očakávaný rozsah merania.

Znečistené tlmivé roztoky môžu skresliť celú kalibráciu. Použité tlmivé roztoky preto nevylievajte späť do zásobnej fľaše.

3. Kalibrovať prístroj

Elektródu medzi tlmivými roztokmi opláchnite vhodnou vodou a jemne osušte. Silné trenie môže elektródu elektrostaticky ovplyvniť alebo poškodiť.

4. Zohľadniť teplotu

Tlmivý roztok a vzorka by sa mali merať pri čo najporovnateľnejších teplotách. Teplota ovplyvňuje elektródu aj skutočnú hodnotu pH roztoku.

Publikácia PTB upozorňuje, že kalibrácia a následné meranie pH by sa mali vykonávať pri rovnakej teplote, aby sa znížili odchýlky spôsobené teplotou.

5. Ponoriť elektródu do vzorky

Citlivá meracia plocha musí byť dostatočne pokrytá. Elektróda pritom nesmie narážať na dno nádoby.

6. Opatrne pohybovať vzorkou

Mierne miešanie môže pomôcť dosiahnuť rovnomernú nameranú hodnotu. Príliš silné miešanie môže vnášať vzduch alebo pri citlivých vzorkách meniť zloženie.

7. Počkať na stabilnú nameranú hodnotu

Neodčítajte prvú zobrazenú hodnotu. Počkajte, kým sa údaj ustáli alebo prístroj signalizuje stabilný koncový bod.

8. Elektródu vyčistiť a správne skladovať

Po meraní sa elektróda podľa pokynov výrobcu opláchne a uloží do určeného skladovacieho roztoku.

Klasická sklenená elektróda by sa nemala trvalo uchovávať v destilovanej alebo demineralizovanej vode, pokiaľ výrobca neurčí inak.

Prečo sú teplota a kalibrácia dôležité

Teplota sa pri meraní pH často podceňuje.

Môže spôsobiť dva rôzne účinky:

1. Elektrické správanie elektródy sa mení.
2. Skutočná hodnota pH vzorky sa môže meniť s teplotou.

Automatická teplotná kompenzácia vyrovnáva najmä teplotne závislú reakciu elektródy. Neznamená to automaticky, že hodnota nameraná pri 10 °C sa dá priamo porovnať s hodnotou nameranou pri 30 °C.

Referenčné pufre preto majú teplotne závislé cieľové hodnoty. Pre reprodukovateľné meranie by mali byť pufre, vzorka a zariadenie dostatočne temperované. Oficiálne referenčné merania PTB sa vykonávajú v definovaných teplotných rozsahoch.

Typické chyby pri meraní pH

Používať príliš široký testovací rozsah

Kto očakáva hodnotu okolo pH 6, s testovacím papierikom od pH 1 do 14 dostane možno len hrubé zaradenie.

Užší merací rozsah zvyčajne poskytuje lepšie rozlíšiteľnú farebnú škálu.

Vizuálne merať farebné vzorky

Pri tmavých šťavách, roztokoch farbív alebo zakalených suspenziách môže vlastná farba prekryť indikátor.

pH meter môže byť vhodnejší, pokiaľ je elektróda určená pre vzorku.

Ponoriť testovací prúžok priamo do zásobnej nádoby

Tým sa môžu do produktu dostať indikátorové látky alebo nečistoty.

Lepšie je odobrať malú vzorku do samostatnej nádoby.

Používať znečistenú elektródu

Oleje, bielkoviny, soli alebo usadeniny pevných látok môžu predĺžiť reakčný čas a posunúť výsledok.

Čistenie musí zodpovedať typu nečistoty a použitej elektróde.

Neoplachovať elektródu medzi vzorkami

Zvyšky predchádzajúcej vzorky menia nasledujúce meranie. Je to obzvlášť kritické pri silne kyslých, alkalických alebo pufrovaných roztokoch.

Kalibrovať s nevhodnými alebo starými puframi

Otvorené, kontaminované alebo nesprávne skladované pufre môžu zmeniť svoju cieľovú hodnotu.

Dodržiavajte trvanlivosť, teplotu skladovania a údaje výrobcu.

Nesprávny výber kalibračných bodov

Kto očakáva alkalickú vzorku, ale kalibruje výhradne v kyslej oblasti, pracuje mimo rozumne pokrytého rozsahu.

Pufre by mali čo najviac zahŕňať očakávanú nameranú hodnotu.

Prevziať prvú zobrazenú hodnotu

Elektródy potrebujú čas na prispôsobenie sa vzorke. Pri nízkej teplote, nízkej vodivosti alebo znečistenej elektróde môže stabilizácia trvať dlhšie.

Uvádzanie výsledkov merania s príliš veľkým počtom desatinných miest

Zobrazenie hodnoty 7,00 automaticky neznamená, že celý merací postup dosahuje presnosť ±0,01 pH.

K skutočnej kvalite merania patria aj:

• Kalibrácia,
• Stav elektródy,
• Kvalita pufrov,
• teplota,
• Príprava vzorky,
• Opakovateľnosť.

Priame porovnanie rôznych metód merania

Hodnota z testovacieho prúžku a inštrumentálne stanovená hodnota sa môžu od seba líšiť. To automaticky neznamená, že jeden z výsledkov je nesprávny. Obe metódy majú rôzne rozlíšenie a zdroje chýb.

Bezpečnosť pri manipulácii s kyslými a alkalickými roztokmi

Neutrálna alebo len mierne odlišná hodnota pH automaticky neznamená, že vzorka je bezpečná. Naopak, nebezpečnosť produktu nemožno odvodiť len z hodnoty pH.

Ďalšie relevantné faktory sú:

• koncentrácia,
• chemické zloženie,
• oxidačný účinok,
• toxicita,
• teplota,
• reaktivita,
• použité množstvo,
• možná tvorba pár alebo aerosólov.

Pred meraním chemických produktov by sa preto mali skontrolovať etiketa a bezpečnostný list.

V závislosti od vzorky môžu byť potrebné:

• ochranné okuliare,
• vhodné ochranné rukavice,
• laboratórny plášť alebo ochranný odev,
• ochrana tváre,
• technické vetranie,
• vhodné nádoby na vzorky.

Neznáme roztoky by sa nemali ochutnávať, priamo vdychovať alebo neutralizovať bez kontroly.

Pomôcka pri rozhodovaní o vhodnej metóde merania

Vyberte univerzálny indikátorový papierik, ak:

• približný rozsah pH je neznámy,
• stačí rýchla orientácia,
• nie je potrebná vysoká presnosť,
• meria sa len príležitostne.

Vyberte indikátorový papierik s úzkym rozsahom, ak:

• očakávaná hodnota pH je už približne známa,
• chcete lepšie rozlišovať v rámci určitého rozsahu,
• stačí rýchla vizuálna kontrola.

Vyberte kvapalný indikátor, ak:

• má sa pozorovať určitý chemický bod ekvivalencie,
• vykonáva sa acidobázická titrácia,
• farbová zmena je súčasťou demonštrácie alebo kontroly reakcie.

Vyberte pH-meter, ak:

• je potrebná numerická nameraná hodnota,
• výsledky sa dokumentujú,
• malé zmeny sú relevantné,
• pravidelne sa meria,
• šarže alebo procesy sa navzájom porovnávajú,
• vlastná farba vzorky sťažuje vizuálne vyhodnotenie.

Pre mnohé úlohy je kombinácia zmysluplná: Najprv sa určí približný rozsah testovacím papierikom. Následne sa vykoná presnejšie meranie vhodne kalibrovaným pH-metrom.

Rozhodujúce nie je, ktorá metóda je technicky najnáročnejšia. Rozhodujúce je, akú kvalitu merania si konkrétna úloha vyžaduje.

Na ChemMarkt.de nájdete indikátorové papieriky, acidobázické indikátory, pufrovacie roztoky a chemické reagencie pre laboratórium, prevádzku, vzdelávanie a technické aplikácie.

Objavte produkty na stanovenie pH a vyberte vhodné riešenie pre váš merací rozsah.