Meddelande

En testremsa doppas kort, ändrar färg och ger ett resultat inom några sekunder. Det låter enkelt. Trots det är denna metod inte lämplig för alla uppgifter. Den som bara vill veta om en rengöringslösning är sur eller alkalisk behöver en annan mätnoggrannhet än ett laboratorium som måste dokumentera pH-värdet i ett prov eller kontrollera en process.

Bland annat finns pH-testremsor, indikatorpapper, flytande syra-bas-indikatorer och elektroniska pH-metrar att välja mellan. Varje metod har sitt eget mätområde, typiska felkällor och meningsfulla användningsområden.

Denna guide hjälper dig att välja lämplig metod och bestämma pH-värden mer tillförlitligt.

Vad visar pH-värdet?

pH-värdet beskriver om en vattenlösning reagerar surt, neutralt eller alkaliskt.

Förenklat gäller:

• Ett pH-värde under 7 anger en sur lösning.
• Ett pH-värde på cirka 7 anses neutralt vid rumstemperatur.
• Ett pH-värde över 7 anger en alkalisk respektive basisk lösning.

Den kända skalan från 0 till 14 är en praktisk vägledning för många vattenlösningar. Den får dock inte uppfattas som en stel gräns. Under vissa förhållanden kan värden utanför detta intervall förekomma.

pH-värdet är logaritmiskt uppbyggt. En förändring med en pH-enhet motsvarar alltså ingen liten linjär förändring. Mellan pH 3 och pH 4 är det till exempel en tiofaldig skillnad i motsvarande vätejonaktivitet.

I praktisk mätteknik bestäms pH-värdet med hjälp av kalibrerade förfaranden och referensbuffertlösningar. Physikalisch-Technische Bundesanstalt använder primära referensbuffertar enligt internationellt samordnade mätmetoder.

Vilka metoder för pH-mätning finns det?

Lämplig mätmetod beror på hur exakt resultatet måste vara och under vilka förhållanden mätningen utförs.

Till de vanligaste metoderna hör:

pH-testremsor

De ger genom en färgomslag en ungefärlig pH-intervall. Färgen jämförs med en påtryckt jämförelseskala.

Universalindikatorpapper

Det täcker oftast ett brett pH-område och lämpar sig för snabb orientering.

Indikatorpapper med snävt mätområde

Detta papper täcker endast ett begränsat pH-område, men kan inom detta område möjliggöra en finare gradering.

Flytande indikatorer

Vissa färgämnen ändrar färg inom ett karakteristiskt omslagsområde. De används bland annat vid syra-bas-reaktioner och titreringar.

Elektroniska pH-metrar

En pH-meter mäter den elektriska potentialen hos en elektrod och omvandlar den till ett pH-värde. I praktiken används ofta glaselektroder som måste kalibreras med referensbuffertlösningar före mätningen.

pH-testremsor och indikatorpapper

pH-testremsor är bland de enklaste metoderna för att bestämma det ungefärliga pH-värdet i en lösning.

Användningen är snabb:

1. Fukta teststickan kort med provet.
2. Skaka av eller låt överflödig vätska rinna av.
3. Vänta den föreskrivna reaktionstiden.
4. Jämför färgen med jämförelseskalan.

Resultatet är i regel en visuell bedömning och inget högprecist mätvärde.

Fördelar med pH-teststickor

• snabb att använda,
• ingen elektronisk mätanordning krävs,
• lätt att transportera,
• liten förberedelse,
• lämplig för enstaka mätningar och orienterande kontroller,
• ingen kalibrering nödvändig.

Nackdelar med pH-teststickor

• begränsad avläsningsnoggrannhet,
• subjektiv färguppfattning,
• svår utvärdering vid färgade eller grumliga prover,
• möjlig påverkan från starka oxidationsmedel eller andra reaktiva komponenter,
• ofta bara grova graderingar,
• beroende på korrekt förvaring och hållbarhet.

Universalindikatorpapper

Universalindikatorpapper täcker ett brett område, till exempel pH 1 till 14. Det är lämpligt när det förväntade pH-värdet inte är känt än.

Det breda mätområdet har dock en nackdel: De enskilda färgstegen ligger ofta relativt långt ifrån varandra. För en första bedömning är det tillräckligt. För en exakt processkontroll oftast inte.

Indikatorpapper med snävt mätområde

Om det ungefärliga pH-värdet redan är känt kan ett snävt mätområde vara fördelaktigt.

Ett papper för till exempel pH 4,0 till 7,0 möjliggör inom detta område oftast en finare avläsning än ett universalpapper från pH 1 till 14.

Förfarandet kan därför vara tvåstegs:

1. Först bestämma det ungefärliga området med universalindikatorpapper.
2. Därefter mäta med ett finare graders indikatorpapper.

Flytande pH-indikatorer

Flytande indikatorer är kemiska färgämnen vars färg ändras beroende på pH-värdet.

Kända exempel är:

• Fenolftalein,
• Metylorange,
• Metylrött,
• Bromtymolblått,
• Bromkresolgrönt,
• Lackmus,
• Tymolblått.

Varje indikator har ett specifikt omslagsområde. Det visar därför inte hela pH-området jämnt.

Exempel: Fenolftalein

Fenolftalein är färglöst i sur och svagt neutral miljö. I alkalisk miljö utvecklar det en rosa till kraftigt rosa färg.

Det lämpar sig därför inte för exakt mätning av ett godtyckligt pH-värde. Det visar snarare om en lösning har nått det karakteristiska omslagsområdet.

Exempel: Metylorange

Metylorange ändrar färg i surt område. Det används bland annat vid vissa syra-bas-titrationer.

Vad är flytande indikatorer lämpliga för?

• demonstration av syra-bas-reaktioner,
• titrationer,
• kontroll om en definierad omslagspunkt har nåtts,
• kvalitativ klassificering av en lösning,
• Utbildning och laboratorieundervisning.

Var ligger gränserna?

En enskild indikator ger normalt inget exakt pH-värde. Den visar bara om provet befinner sig inom, under eller över dess omslagsområde.

Även provets egenfärg kan försvåra bedömningen. Vid starkt färgade, grumliga eller fluorescerande vätskor kan färgomslaget vara knappt synligt.

pH-meter och glaselektrod

Ett elektroniskt pH-meter är den föredragna metoden när ett konkret numeriskt värde behövs.

Instrumentet består vanligtvis av:

• ett mätinstrument,
• en pH-elektrod,
• ofta en temperatursensor,
• Kalibrerings- respektive buffertlösningar.

Elektroden genererar en elektrisk potential beroende på provets vätejonaktivitet. Mätinstrumentet bearbetar denna signal och visar det beräknade pH-värdet.

Fördelar med ett pH-meter

• högre upplösning än vid testremsor,
• numeriskt mätvärde,
• bättre lämpad för upprepade kontroller,
• resultat kan dokumenteras och jämföras,
• lämplig för processövervakning och laboratorieanalys,
• beroende på instrument automatisk temperaturkompensation möjlig.

Nackdelar med ett pH-meter

• regelbunden kalibrering nödvändig,
• Elektrod kräver underhåll och lämplig förvaring,
• högre anskaffningskostnader,
• känslig för förorening och uttorkning,
• inte varje elektrod är lämplig för varje prov,
• Mätfel på grund av felaktig temperatur eller otillräcklig stabilisering möjliga.

Varför måste ett pH-meter kalibreras?

Egenskaperna hos en elektrod förändras med tiden. Avlagringar, åldring, förvaring och temperatur kan påverka mätresultatet.

Därför kalibreras instrumentet med buffertlösningar av kända pH-värden. PTB påpekar att kommersiella pH-mätinstrument i praktiken måste kalibreras med referensbuffertlösningar.

För många tillämpningar används minst en tvåpunktskalibrering. Där väljs två buffertar mellan vilka det förväntade mätvärdet ligger.

Exempel:

• surt prov: buffert pH 4 och pH 7,
• alkaliskt prov: buffert pH 7 och pH 10,
• okänt prov: först mät orienterande och välj sedan lämpliga kalibreringspunkter.

De konkreta kalibreringsvärdena beror på instrumentet, metoden och den krävda noggrannheten.

Testremsor eller pH-meter: den direkta jämförelsen

pH-testremsor

Resultat: ungefärligt pH-område
Noggrannhet: låg till medel
Insats: mycket låg
Kalibrering: krävs inte
Kostnad: låg
Lämplig för: snabb orientering och enkla kontroller

Indikatorpapper med snävt mätområde

Resultat: snävare pH-område
Noggrannhet: bättre än vid brett universalpapper, men fortfarande visuell
Insats: låg
Kalibrering: krävs inte
Kostnad: låg
Lämplig för: kända mätområden och snabba jämförelsekontroller

Flytande indikator

Resultat: färgomslag inom ett visst område
Noggrannhet: beroende på indikator och prov
Insats: låg till medel
Kalibrering: krävs inte
Kostnader: låg till medel
Lämplig för: titreringar, reaktionskontroll och demonstrationer

pH-mätare

Resultat: numeriskt mätvärde
Noggrannhet: betydligt högre vid korrekt kalibrering
Insats: medel
Kalibrering: krävs regelbundet
Kostnader: högre
Lämplig för: laboratorium, kvalitetskontroll, dokumentation och processövervakning

Vilken metod passar för vilken tillämpning?

Snabb kontroll av en rengöringslösning

För snabb klassificering av "sur, neutral eller alkalisk" räcker oftast ett universalindikatorpapper.

Om det ska kontrolleras om lösningen ligger inom ett snävare målområde, är ett motsvarande graderat indikatorpapper lämpligare.

Kontroll av vatten

För en orienterande kontroll kan indikatorpapper användas.

Den som regelbundet vill dokumentera förändringar, upptäcka små skillnader eller övervaka en process bör använda en kalibrerad pH-mätare. Vid professionella mätningar i vattenprover måste även provtagning, temperatur, kalibrering och mättidpunkt beaktas.

Jord och substrat

En teststicka bör inte tryckas direkt mot torr jord. Vanligtvis framställs först en suspension eller ett extrakt enligt en definierad metod.

Resultatet beror bland annat på:

• förhållandet mellan prov och vätska,
• den använda vätskan,
• väntetiden,
• homogeniseringen,
• temperaturen.

Den som vill jämföra mätvärden måste använda samma tillvägagångssätt vid varje mätning.

Titreringar

För en enkel syra-bas-titrering kan en lämplig färgindikator räcka. Avgörande är att dess omslagsområde passar det förväntade ekvivalensområdet för reaktionen.

Vid färgade prover, automatiserade förfaranden eller högre noggrannhetskrav kan en potentiometrisk bestämning med elektrod vara lämpligare.

Kvalitetskontroll och produktion

Så snart pH-värden dokumenteras, jämförs mellan batcher eller används som frisläppningskriterium, är en pH-mätare i allmänhet det bättre valet.

Dessutom bör följande fastställas:

• Kalibreringsfrekvens,
• tillåtna buffertlösningar,
• Mättemperatur,
• Väntetid tills stabilt mätvärde,
• Rengöringsprocess,
• Dokumentation,
• Acceptansgränser.

Skolan, utbildning och demonstration

För synliga syra-bas-reaktioner är flytande indikatorer särskilt lämpliga. Universalindikatorpapper möjliggör dessutom en snabb klassificering av flera prover.

Mät pH-värdet korrekt: steg för steg

Det exakta tillvägagångssättet beror på den valda metoden.

Mätning med pH-teststickor

1. Välj lämpligt mätområde

Använd universalpapper om pH-området är okänt.

Om det ungefärliga värdet är känt, välj ett papper med snävare mätområde.

2. Använd rent provkärl

Ta en liten mängd av provet i ett rent kärl. Detta förhindrar att hela produkten förorenas av teststickan.

3. Fukta stickan korrekt

Beroende på tillverkarens anvisning kommer stickan:

• doppas kort,
• fuktas med en droppe,
• eller kontaktas med en ren glasstav.

Användningsanvisningarna för respektive produkt har företräde.

4. Beakta reaktionstiden

Avläs inte resultatet omedelbart och inte heller först flera minuter senare. Rätt väntetid finns i produktanvisningen.

5. Jämför färg vid lämpligt ljus

Använd så neutralt, ljust ljus som möjligt. Färgad belysning kan påverka uppfattningen.

6. Dokumentera resultatet som ett intervall

En teststicka ger ofta inget exakt säkerställt enskilt värde. Dokumentera därför till exempel 'pH cirka 6–7' istället för 'pH 6,4' om skalan inte möjliggör denna noggrannhet.

Mätning med en pH-meter

1. Kontrollera elektroden

Kontrollera:

• Är elektroden ren?
• Har den förvarats korrekt?
• Är den uttorkad?
• Finns synliga skador?
• Finns tillräckligt med elektrolyt, om modellen är påfyllningsbar?

2. Förbereda lämpliga buffertar

Välj kalibreringsbuffertar som täcker det förväntade mätområdet.

Förorenade buffertlösningar kan förfalska hela kalibreringen. Häll därför inte använd buffert tillbaka i förvaringsflaskan.

3. Kalibrera instrumentet

Skölj elektroden mellan buffertarna med lämpligt vatten och torka försiktigt. Kraftig gnuggning kan påverka elektroden elektrostatiskt eller skada den.

4. Ta hänsyn till temperaturen

Buffert och prov bör mätas vid jämförbara temperaturer om möjligt. Temperaturen påverkar både elektroden och lösningens faktiska pH-värde.

En PTB-publikation påpekar att kalibrering och efterföljande pH-mätning bör utföras vid samma temperatur för att minska temperaturrelaterade avvikelser.

5. Doppa elektroden i provet

Den känsliga mätytan måste vara tillräckligt täckt. Elektroden får inte slå mot kärlets botten.

6. Rör provet försiktigt

Lätt omrörning kan hjälpa till att få ett jämnt mätvärde. För kraftig omrörning kan föra in luft eller ändra sammansättningen hos känsliga prover.

7. Vänta på stabilt mätvärde

Avläs inte det första visade värdet. Vänta tills displayen stabiliseras eller enheten signalerar en stabil slutpunkt.

8. Rengöra och förvara elektroden korrekt

Efter mätningen sköljs elektroden enligt tillverkarens anvisningar och förvaras i avsedd förvaringslösning.

En klassisk glaselektrod bör normalt inte förvaras permanent i destillerat eller avjoniserat vatten, om inte tillverkaren anger annat.

Varför temperatur och kalibrering är viktiga

Temperaturen underskattas ofta vid pH-mätning.

Den kan orsaka två olika effekter:

1. Elektrodens elektriska beteende förändras.
2. Provets faktiska pH-värde kan förändras med temperaturen.

En automatisk temperaturkompensation kompenserar främst den temperaturberoende elektrodreaktionen. Det innebär inte automatiskt att ett värde uppmätt vid 10 °C direkt kan likställas med ett värde uppmätt vid 30 °C.

Referensbuffertar har därför temperaturberoende börvärden. För en reproducerbar mätning bör buffertar, prov och instrument vara tillräckligt tempererade. Officiella referensmätningar från PTB utförs inom definierade temperaturintervall.

Typiska fel vid pH-mätning

Använda ett för brett testområde

Den som förväntar sig ett värde runt pH 6 får med ett testpapper från pH 1 till 14 möjligen bara en grov klassificering.

Ett snävare mätområde ger oftast en bättre urskiljbar färgskala.

Mäta färgade prov visuellt

Vid mörka juicer, färglösningar eller grumliga suspensioner kan egenfärgen täcka över indikatorn.

En pH-meter kan vara lämpligare här, förutsatt att elektroden är avsedd för provet.

Doppa testremsan direkt i förpackningen

Därigenom kan indikatorämnen eller föroreningar komma in i produkten.

Det är bättre att ta ett litet prov i ett separat kärl.

Använda smutsig elektrod

Oljor, proteiner, salter eller fasta avlagringar kan förlänga reaktionstiden och påverka resultatet.

Rengöringen måste anpassas till typen av förorening och den använda elektroden.

Skölj inte elektroden mellan prover

Rester från föregående prov förändrar nästa mätning. Detta är särskilt kritiskt vid starkt sura, alkaliska eller buffrade lösningar.

Kalibrera med olämpliga eller gamla buffertar

Öppnade, förorenade eller felaktigt lagrade buffertar kan ändra sitt börvärde.

Observera hållbarhet, lagringstemperatur och tillverkarens anvisningar.

Välja fel kalibreringspunkter

Den som förväntar sig ett alkaliskt prov men enbart kalibrerar i det sura området arbetar utanför det rimligt täckta området.

Buffertarna bör så långt som möjligt omfatta det förväntade mätvärdet.

Acceptera det första visningsvärdet

Elektroder behöver tid för att anpassa sig till provet. Vid låg temperatur, låg ledningsförmåga eller smutsig elektrod kan stabiliseringen ta längre tid.

Ange mätresultat med för många decimaler

En visning på 7,00 innebär inte automatiskt att hela mätproceduren uppnår en noggrannhet på ±0,01 pH.

Till den faktiska mätkvaliteten hör också:

• kalibrering,
• elektrodens tillstånd,
• kvalitet på buffertarna,
• temperatur,
• provförberedelse,
• Repeterbarhet.

Jämför olika mätmetoder direkt

Ett teststicksvärde och ett instrumentellt bestämt värde kan avvika från varandra. Det innebär inte automatiskt att något av resultaten är fel. Båda metoderna har olika upplösning och felkällor.

Säkerhet vid hantering av sura och alkaliska lösningar

Ett neutralt eller endast lätt avvikande pH-värde innebär inte automatiskt att ett prov är ofarligt. Omvänt kan faran med en produkt inte enbart härledas från pH-värdet.

Ytterligare relevanta faktorer är:

• koncentration,
• kemisk sammansättning,
• oxidationsverkan,
• toxicitet,
• temperatur,
• reaktivitet,
• använd mängd,
• eventuell ång- eller aerosolbildning.

Före mätning av kemiska produkter bör därför etikett och säkerhetsdatablad kontrolleras.

Beroende på prov kan följande krävas:

• skyddsglasögon,
• lämpliga skyddshandskar,
• labbrock eller skyddskläder,
• ansiktsskydd,
• teknisk ventilation,
• lämpliga provkärl.

Okända lösningar bör inte provas, andas in direkt eller neutraliseras utan kontroll.

Beslutsstöd för lämplig mätmetod

Välj universalindikatorpapper, om:

• det ungefärliga pH-området är okänt,
• en snabb orientering räcker,
• ingen hög noggrannhet krävs,
• det mäts endast ibland,

Välj indikatorpapper med smalt område, om:

• det förväntade pH-värdet är redan ungefär känt,
• du vill bättre kunna skilja inom ett visst område,
• en snabb visuell kontroll räcker.

Välj en flytande indikator, om:

• en viss kemisk omslagspunkt ska observeras,
• en syra-bastitrering utförs,
• färgomslaget är en del av en demonstration eller reaktionskontroll.

Välj en pH-meter, om:

• ett numeriskt mätvärde behövs,
• resultat dokumenteras,
• små förändringar är relevanta,
• det mäts regelbundet,
• satser eller processer jämförs med varandra,
• provets egenfärg försvårar en visuell utvärdering.

För många uppgifter är en kombination meningsfull: Först bestäms det ungefärliga området med testpapper. Därefter görs en mer exakt mätning med en lämpligt kalibrerad pH-meter.

Det avgörande är inte vilken metod som är mest tekniskt omfattande. Det avgörande är vilken mätkvalitet den konkreta uppgiften kräver.

Hos ChemMarkt.de hittar du indikatorpapper, syra-basindikatorer, buffertlösningar och kemiska reagenser för laboratorium, drift, utbildning och tekniska tillämpningar.

Upptäck produkter för pH-bestämning och välj lämplig lösning för ditt mätområde.