Osnovni princip merjenja pH
Znana in starodavna metoda merjenja ničelnega toka, ki se uporablja za določanje procesov kemičnih reakcij, je verjetno merjenje pH. Na splošno se merjenje pH uporablja za določanje kislosti ali alkalnosti raztopine. Tudi kemično čista voda ima disociacijo v sledovih in njena ionizacijska enačba je: H2O H2O=H3O-OH - (1) Zaradi dejstva, da je le zelo majhna količina vode disociirana, je molska koncentracija ionov je na splošno negativen eksponent moči. Da bi se izognili uporabi negativnega eksponenta molske koncentracije za izračune, je biolog Sorensen leta 1909 predlagal zamenjavo te neprijetne vrednosti z logaritmom in jo definiral kot "vrednost pH". Matematično je vrednost pH definirana kot negativni logaritem običajno uporabljene koncentracije vodikovih ionov. To je pH=en log [H]
(2) Zaradi močne odvisnosti ionskega produkta od temperature je za pH vrednost vodenja procesa potrebno sočasno poznavanje temperaturnih značilnosti raztopine. Šele ko ima merjeni medij enako temperaturo, lahko primerjamo njegovo pH vrednost. Za pridobitev ponovljive vrednosti pH se za merjenje pH uporablja potenciometrična analiza. Elektroda, uporabljena v metodi analize potenciala, se imenuje primarna baterija. Napetost te baterije se imenuje elektromotorna sila (EMS). Ta elektromotorna sila (EMF) je sestavljena iz dveh baterij in pol. Ena od polcelic se imenuje merilna elektroda, njen potencial pa je povezan s specifično ionsko aktivnostjo; Druga polovica celice je referenčna polovica celice, običajno imenovana referenčna elektroda, ki je običajno priključena na merilno raztopino in povezana z industrijskim pH-metrom. Standardna vodikova elektroda je referenčna točka za vse meritve potenciala. Standardna vodikova elektroda je platinasta žica, ki je galvanizirana (prevlečena) s platinovim kloridom in obdana z vodikovim plinom. Najbolj znana in pogosto uporabljena pH indikatorska elektroda je steklena elektroda. Je steklena cev s pH občutljivim steklenim filmom, ki je napihan na koncu. Epruveta je napolnjena s pufersko raztopino KCI, ki vsebuje nasičen AgCI, s pH vrednostjo 7. Potencialna razlika, ki obstaja na obeh straneh steklene folije in odraža pH vrednost, sledi Nernstovi formuli: E=Eo. 1n [H3oq (3) n.] V formuli je E potencial; E je standardna napetost elektrode; R plinska konstanta; T je Kelvinova temperatura; F je Faradayeva konstanta; N je valenca merjenega iona; [HO] je aktivnost HO iona. Kot je razvidno iz zgornje enačbe, obstaja določeno razmerje med potencialom E ter aktivnostjo in temperaturo ionov H O . Pri določeni temperaturi lahko z merjenjem potenciala E izračunamo ln [HO] (pretvorimo v log [HO], da dobimo pH), kar je osnovni princip zaznavanja pH. V Nernstovi formuli ima temperatura pomembno vlogo kot spremenljivka. Z naraščanjem temperature se bo povečala tudi potencialna vrednost. Za vsako povišanje temperature za 1 stopinjo bo to povzročilo potencialno spremembo 0.2 mV/pH. Vrednost pH, predstavljena z vrednostjo pH, se spreminja za 0,0033 na LPH na I~C. To pomeni, da pri meritvah okoli 20-30 stopinj in 7pH ni potrebe po kompenzaciji temperaturnih sprememb; Za aplikacije s temperaturami, višjimi od 30 stopinj ali nižjimi od 20 stopinj, in pH vrednostmi, večjimi od 8 ali nižjimi od 6, je treba temperaturne spremembe kompenzirati.
