Повідомлення

Ein Teststreifen wird kurz eingetaucht, verfärbt sich und liefert innerhalb weniger Sekunden ein Ergebnis. Das klingt unkompliziert. Trotzdem ist diese Methode nicht für jede Aufgabe geeignet. Wer nur wissen möchte, ob eine Reinigungslösung sauer oder alkalisch ist, benötigt eine andere Messgenauigkeit als ein Labor, das den pH-Wert einer Probe dokumentieren oder einen Prozess kontrollieren muss.

До вибору пропонуються, зокрема, pH-тест-смужки, індикаторні папери, рідкі кислотно-основні індикатори та електронні pH-метри. Кожен метод має власний діапазон вимірювання, типові джерела похибок і сфери застосування.

Цей посібник допоможе вам вибрати відповідний метод і більш надійно визначати значення pH.

Що показує pH?

Значення pH описує, чи є водний розчин кислим, нейтральним або лужним.

Спрощено це означає:

• Значення pH нижче 7 вказує на кислотний розчин.
• Значення pH близько 7 вважається нейтральним при кімнатній температурі.
• Значення pH вище 7 вказує на лужний або основний розчин.

Відома шкала від 0 до 14 є практичним орієнтиром для багатьох водних розчинів. Однак її не слід розуміти як жорстку межу. За певних умов можуть виникати значення поза цим діапазоном.

Значення pH має логарифмічну шкалу. Тому зміна на одну одиницю pH відповідає не малій лінійній зміні. Між pH 3 та pH 4, наприклад, існує десятикратна різниця у відповідній активності іонів водню.

У практичній вимірювальній техніці значення pH визначають за допомогою каліброваних методів та референсних буферних розчинів. Фізико-технічний федеральний інститут (PTB) використовує для цього первинні референсні буфери відповідно до міжнародно узгоджених методів вимірювання.

Які існують методи вимірювання pH?

Відповідний метод вимірювання залежить від того, наскільки точним має бути результат і за яких умов проводиться вимірювання.

До найпоширеніших методів належать:

pH-тест-смужки

Вони дають приблизний діапазон pH за допомогою зміни кольору. Колір порівнюють з надрукованою порівняльною шкалою.

Універсальний індикаторний папір

Він зазвичай охоплює широкий діапазон pH і підходить для швидкого орієнтування.

Індикаторний папір з вузьким діапазоном вимірювання

Цей папір охоплює лише обмежений діапазон pH, але в межах цього діапазону може забезпечити дрібнішу градацію.

Рідкі індикатори

Певні барвники змінюють свій колір у характерному інтервалі переходу. Їх використовують, зокрема, у кислотно-основних реакціях та титруваннях.

Електронні pH-метри

pH-метр вимірює електричний потенціал електрода і перетворює його на значення pH. На практиці часто використовують скляні електроди, які перед вимірюванням необхідно калібрувати за допомогою референсних буферних розчинів.

pH-тест-смужки та індикаторний папір

pH-тест-смужки належать до найпростіших методів для визначення приблизного pH розчину.

Застосування швидке:

1. Короткочасно змочити тест-смужку пробою.
2. Струсити або злити зайву рідину.
3. Дотримуватися визначеного часу реакції.
4. Порівняти колір з еталонною шкалою.

Результат, як правило, є візуальною оцінкою, а не високоточним виміряним значенням.

Переваги pH-тест-смужок

• швидке застосування,
• не потрібен електронний вимірювальний прилад,
• легко транспортувати,
• незначна підготовка,
• підходить для окремих вимірювань та орієнтовних перевірок,
• не потрібне калібрування.

Недоліки pH-тест-смужок

• обмежена точність зчитування,
• суб'єктивне сприйняття кольору,
• складна оцінка забарвлених або каламутних проб,
• можливий вплив сильних окиснювачів або інших реакційноздатних компонентів,
• часто лише грубі градації,
• залежить від правильного зберігання та терміну придатності.

Універсальний індикаторний папір

Універсальний індикаторний папір охоплює широкий діапазон, наприклад, pH 1 до 14. Він корисний, коли очікуване значення pH ще невідоме.

Однак широкий діапазон вимірювання має недолік: окремі кольорові сходинки часто знаходяться досить далеко одна від одної. Для першого визначення цього достатньо. Для точного контролю процесу — зазвичай ні.

Індикаторний папір з вузьким діапазоном вимірювання

Якщо приблизне значення pH вже відоме, вузький діапазон вимірювання може бути вигідним.

Папір, наприклад, для pH 4,0 до 7,0, зазвичай дозволяє більш точне зчитування в цьому діапазоні, ніж універсальний папір від pH 1 до 14.

Тому процедура може бути двоетапною:

1. Спочатку визначити приблизний діапазон за допомогою універсального індикаторного паперу.
2. Потім виміряти більш вузьким індикаторним папером.

Рідкі pH-індикатори

Рідкі індикатори — це хімічні барвники, колір яких змінюється залежно від значення pH.

Відомими прикладами є:

• фенолфталеїн,
• метилоранж,
• метиловий червоний,
• бромтимоловий синій,
• бромкрезоловий зелений,
• лакмус,
• Тимоловий синій.

Кожен індикатор має певний діапазон переходу. Тому він не показує весь діапазон pH рівномірно.

Приклад: фенолфталеїн

Фенолфталеїн безбарвний у кислому та слабко нейтральному середовищі. У лужному середовищі він набуває рожевого до насичено-рожевого забарвлення.

Тому він не підходить для точного вимірювання будь-якого значення pH. Він показує, чи досяг розчин характерного діапазону переходу.

Приклад: метилоранж

Метилоранж змінює свій колір у кислому середовищі. Його використовують, зокрема, у певних кислотно-основних титруваннях.

Для чого підходять рідкі індикатори?

• демонстрація кислотно-основних реакцій,
• титрування,
• контроль, чи досягнуто визначеної точки переходу,
• якісне визначення розчину,
• Навчання та лабораторні заняття.

Де знаходяться межі?

Одиночний індикатор зазвичай не дає точного значення pH. Він лише показує, чи знаходиться проба в межах, нижче або вище його діапазону переходу.

Також власний колір зразка може ускладнити оцінку. У сильно забарвлених, каламутних або флуоресцентних рідин зміна кольору може бути майже непомітною.

pH-метр та скляний електрод

Електронний pH-метр є переважним методом, коли потрібне конкретне числове значення.

Прилад зазвичай складається з:

• вимірювальний прилад,
• pH-електрод,
• часто з датчиком температури,
• Калібрувальні або буферні розчини.

Електрод створює електричний потенціал залежно від активності іонів водню у зразку. Вимірювальний прилад обробляє цей сигнал і відображає обчислене значення pH.

Переваги pH-метра

• вища роздільна здатність, ніж у тест-смужок,
• числове значення вимірювання,
• краще підходить для повторних перевірок,
• результати можна документувати та порівнювати,
• підходить для контролю процесів та лабораторного аналізу,
• залежно від приладу можлива автоматична компенсація температури.

Недоліки pH-метра

• необхідне регулярне калібрування,
• Електрод потребує догляду та належного зберігання,
• вищі початкові витрати,
• чутливий до забруднення та висихання,
• не кожен електрод підходить для кожного зразка,
• Можливі помилки вимірювання через неправильну температуру або недостатню стабілізацію.

Чому потрібно калібрувати pH-метр?

Властивості електрода з часом змінюються. Відкладення, старіння, зберігання та температура можуть впливати на результат вимірювання.

Тому прилад калібрується за допомогою буферних розчинів з відомими значеннями pH. PTB зазначає, що комерційні pH-метри на практиці повинні бути відкалібровані за допомогою еталонних буферних розчинів.

Для багатьох застосувань використовується принаймні двопунктове калібрування. При цьому обирають два буфери, між якими знаходиться очікуване значення вимірювання.

Приклади:

• Кислий зразок: буфер pH 4 та pH 7,
• Лужний зразок: буфер pH 7 та pH 10,
• Невідомий зразок: спочатку виміряти орієнтовно, а потім вибрати відповідні точки калібрування.

Конкретні значення калібрування залежать від приладу, методу та необхідної точності.

Тест-смужки або pH-метр: пряме порівняння

pH-тест-смужки

Результат: приблизний діапазон pH
Точність: низька до середньої
Затрати: дуже низькі
Калібрування: не потрібно
Вартість: низька
Підходить для: швидкого орієнтування та простих перевірок

Індикаторний папір з вузьким діапазоном вимірювання

Результат: вужчий діапазон pH
Точність: краща, ніж у широкого універсального паперу, але все ще візуальна
Затрати: низькі
Калібрування: не потрібно
Вартість: низька
Підходить для: відомих діапазонів вимірювання та швидкого порівняльного контролю

Рідкий індикатор

Результат: зміна кольору в межах певного діапазону
Точність: залежить від індикатора та зразка
Затрати: низькі до середніх
Калібрування: не потрібно
Витрати: низькі до середніх
Підходить для: титрацій, контролю реакцій та демонстрацій

pH-метр

Результат: числове значення вимірювання
Точність: при правильному калібруванні значно вища
Зусилля: середні
Калібрування: потрібне регулярно
Витрати: вищі
Підходить для: лабораторії, контролю якості, документації та моніторингу процесів

Який метод підходить для якого застосування?

Швидка перевірка миючого розчину

Для швидкої класифікації «кислий, нейтральний чи лужний» зазвичай достатньо універсального індикаторного паперу.

Якщо потрібно перевірити, чи знаходиться розчин у межах більш вузького цільового діапазону, доцільніше використовувати відповідно градуйований індикаторний папір.

Контроль води

Для орієнтовного контролю можна використовувати індикаторний папір.

Хто хоче регулярно документувати зміни, виявляти невеликі відмінності або контролювати процес, повинен використовувати калібрований pH-метр. При професійних вимірюваннях у пробах води також необхідно враховувати відбір проб, температуру, калібрування та час вимірювання.

Ґрунт та субстрати

Тест-смужку не слід просто безпосередньо притискати до сухої землі. Зазвичай спочатку за визначеним методом готують суспензію або екстракт.

Результат залежить, зокрема, від:

• співвідношення між зразком і рідиною,
• використаної рідини,
• часу очікування,
• гомогенізації,
• температури.

Хто хоче порівнювати результати вимірювань, повинен використовувати одну й ту саму процедуру для кожного вимірювання.

Титрації

Для простої кислотно-основної титрації може бути достатньо відповідного кольорового індикатора. Важливо, щоб його інтервал переходу відповідав очікуваній еквівалентній зоні реакції.

Для забарвлених зразків, автоматизованих процесів або вищих вимог до точності більш підходящим може бути потенціометричне визначення з електродом.

Контроль якості та виробництво

Як тільки значення pH документуються, порівнюються між партіями або використовуються як критерій прийняття, pH-метр зазвичай є кращим вибором.

Додатково слід визначити:

• Частота калібрування,
• дозволені буферні розчини,
• Температура вимірювання,
• Час очікування до стабільного показника,
• Процедура очищення,
• Документація,
• Межі прийнятності.

Школа, навчання та демонстрація

Для видимих кислотно-основних реакцій особливо добре підходять рідкі індикатори. Універсальний індикаторний папір також дозволяє швидко класифікувати кілька зразків.

Правильне вимірювання pH: крок за кроком

Точна процедура залежить від обраного методу.

Вимірювання за допомогою pH-тест-смужок

1. Вибрати відповідний діапазон вимірювання

Використовуйте універсальний папір, якщо діапазон pH невідомий.

Якщо приблизне значення відоме, виберіть папір з вужчим діапазоном вимірювання.

2. Використати чисту посудину для проби

Візьміть невелику кількість проби в чисту посудину. Це запобігає забрудненню всього продукту тест-смужкою.

3. Правильно змочити смужку

Залежно від інструкцій виробника, смужка:

• коротко занурюється,
• змочується краплею,
• або контактується чистим скляним стрижнем.

Інструкції із застосування відповідного продукту мають перевагу.

4. Дотримуватися часу реакції

Не зчитуйте результат одразу, а також не через кілька хвилин. Правильний час очікування вказано в інструкції до продукту.

5. Порівняти колір за відповідного освітлення

Використовуйте якомога нейтральне, яскраве світло. Кольорове освітлення може змінити сприйняття.

6. Документувати результат як діапазон

Тест-смужка часто не дає точно підтвердженого єдиного значення. Тому документуйте, наприклад, «pH приблизно 6–7» замість «pH 6,4», якщо шкала не дозволяє такої точності.

Вимірювання pH-метром

1. Перевірити електрод

Перевірте:

• Чи чистий електрод?
• Чи правильно її зберігали?
• Чи вона висохла?
• Чи є видимі пошкодження?
• Чи достатньо електроліту, якщо модель є поповнюваною?

2. Підготувати відповідні буфери

Виберіть калібрувальні буфери, які охоплюють очікуваний діапазон вимірювань.

Забруднені буферні розчини можуть спотворити все калібрування. Тому не виливайте використані буфери назад у пляшку для зберігання.

3. Відкалібрувати прилад

Промийте електрод між буферами відповідною водою та обережно промокніть його сухим. Сильне тертя може електростатично вплинути на електрод або пошкодити його.

4. Врахувати температуру

Буфер і пробу слід вимірювати за порівнянних температур. Температура впливає як на електрод, так і на фактичне значення pH розчину.

Публікація PTB вказує на те, що калібрування та наступне вимірювання pH слід проводити за однакової температури, щоб зменшити відхилення, спричинені температурою.

5. Занурити електрод у пробу

Чутлива вимірювальна поверхня має бути достатньо покрита. Електрод не повинен вдарятися об дно посудини.

6. Обережно перемістити пробу

Легке перемішування може допомогти отримати рівномірне вимірюване значення. Надто сильне перемішування може внести повітря або змінити склад чутливих зразків.

7. Зачекати стабільного вимірюваного значення

Не зчитуйте перше показане значення. Зачекайте, поки показник стабілізується або пристрій не сигналізує про стабільну кінцеву точку.

8. Очистити електрод та правильно зберігати

Після вимірювання електрод промивають відповідно до інструкцій виробника та зберігають у призначеному розчині для зберігання.

Класичний скляний електрод зазвичай не слід постійно зберігати в дистильованій або демінералізованій воді, якщо виробник не вказує інше.

Чому температура та калібрування важливі

Температура часто недооцінюється при вимірюванні pH.

Вона може викликати два різні ефекти:

1. Електрична поведінка електрода змінюється.
2. Фактичне значення pH зразка може змінюватися з температурою.

Автоматична температурна компенсація в основному компенсує температурну залежність реакції електрода. Вона не означає автоматично, що значення, виміряне при 10 °C, можна безпосередньо прирівняти до значення, виміряного при 30 °C.

Референтні буфери тому мають температурно-залежні номінальні значення. Для відтворюваного вимірювання буфер, зразок і прилад повинні бути достатньо термостатовані. Офіційні референтні вимірювання PTB проводяться у визначених температурних діапазонах.

Типові помилки при вимірюванні pH

Використання занадто широкого діапазону тестування

Той, хто очікує значення близько pH 6, за допомогою тест-паперу від pH 1 до 14 може отримати лише приблизну оцінку.

Вужчий діапазон вимірювання зазвичай дає більш чітку кольорову шкалу.

Візуальне вимірювання забарвлених зразків

У темних соках, розчинах барвників або каламутних суспензіях власний колір може перекривати індикатор.

pH-метр може бути тут більш підходящим, за умови, що електрод призначений для цього зразка.

Занурювати тест-смужку безпосередньо в ємність для зберігання

Таким чином індикаторні речовини або забруднення можуть потрапити в продукт.

Краще взяти невелику пробу в окрему ємність.

Використання забрудненого електрода

Масла, білки, солі або відкладення твердих речовин можуть подовжити час реакції та змістити результат.

Очищення має відповідати типу забруднення та використовуваному електроду.

Не промивати електрод між зразками

Залишки попереднього зразка змінюють наступне вимірювання. Це особливо критично для сильно кислих, лужних або буферних розчинів.

Калібрування з невідповідними або старими буферами

Відкриті, забруднені або неправильно зберігані буфери можуть змінити своє номінальне значення.

Зверніть увагу на термін придатності, температуру зберігання та вказівки виробника.

Неправильний вибір точок калібрування

Той, хто очікує лужний зразок, але калібрує виключно в кислому діапазоні, працює за межами розумно охопленого діапазону.

Буферні розчини повинні, наскільки це можливо, охоплювати очікуване значення вимірювання.

Приймати перше показане значення

Електродам потрібен час для адаптації до зразка. При низькій температурі, низькій провідності або забрудненому електроді стабілізація може тривати довше.

Вказування результатів вимірювань із занадто великою кількістю знаків після коми

Показ 7,00 не означає автоматично, що вся процедура вимірювання досягає точності ±0,01 pH.

До фактичної якості вимірювання також належать:

• калібрування,
• стан електрода,
• якість буферів,
• температура,
• підготовка зразків,
• Відтворюваність.

Пряме порівняння різних методів вимірювання

Значення тест-смужки та значення, визначене приладом, можуть відрізнятися. Це не означає автоматично, що один із результатів неправильний. Обидва методи мають різну роздільну здатність і джерела похибок.

Безпека при роботі з кислими та лужними розчинами

Нейтральне або лише незначно відхилене значення pH не означає автоматично, що зразок є безпечним. І навпаки, небезпеку продукту не можна визначити лише за значенням pH.

Іншими важливими факторами є:

• концентрація,
• хімічний склад,
• окислювальна дія,
• токсичність,
• температура,
• реакційна здатність,
• використана кількість,
• можливе утворення пари або аерозолю.

Тому перед вимірюванням хімічних продуктів слід перевірити етикетку та паспорт безпеки.

Залежно від зразка можуть знадобитися:

• захисні окуляри,
• відповідні захисні рукавички,
• лабораторний халат або захисний одяг,
• захист обличчя,
• технічна вентиляція,
• відповідні контейнери для зразків.

Невідомі розчини не слід пробувати на смак, безпосередньо вдихати або нейтралізувати без перевірки.

Допомога у виборі відповідного методу вимірювання

Виберіть універсальний індикаторний папір, якщо:

• приблизний діапазон pH невідомий,
• достатньо швидкої орієнтації,
• не потрібна висока точність,
• вимірюється лише час від часу.

Виберіть індикаторний папір з вузьким діапазоном, якщо:

• очікуване значення pH вже приблизно відоме,
• ви хочете краще розрізняти в межах певного діапазону,
• достатньо швидкого візуального контролю.

Виберіть рідкий індикатор, якщо:

• слід спостерігати певну хімічну точку переходу,
• проводиться кислотно-основне титрування,
• зміна кольору є частиною демонстрації або контролю реакції.

Виберіть pH-метр, якщо:

• потрібне числове значення вимірювання,
• документуються результати,
• невеликі зміни є важливими,
• регулярно вимірюється,
• порівнюються партії або процеси,
• власний колір зразка ускладнює візуальну оцінку.

Для багатьох завдань доцільна комбінація: спочатку приблизний діапазон визначається за допомогою тест-паперу. Потім проводиться більш точне вимірювання за допомогою відповідно відкаліброваного pH-метра.

Вирішальним є не те, який метод технічно найскладніший. Вирішальним є те, яка якість вимірювання потрібна для конкретного завдання.

На ChemMarkt.de ви знайдете індикаторні папери, кислотно-основні індикатори, буферні розчини та хімічні реактиви для лабораторії, виробництва, навчання та технічних застосувань.

Відкрийте для себе продукти для визначення pH та виберіть відповідний розчин для вашого діапазону вимірювання.