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pHmetro

Introduzione alla misurazione del pH

Un pHmetro è uno strumento utilizzato per misurare il grado di acidità o alcalinità di una soluzione, noto anche come pH. Il pH è l'unità di misura che indica il grado di acidità o alcalinità. Si misura su una scala da 0 a 14.

L'informazione quantitativa fornita dal valore pH esprime il grado dell'attività di un acido o di una base in termini di attività dell'idrogenione. Il valore pH di una sostanza è direttamente correlato al rapporto delle concentrazioni di idrogenione [H+] e di idrossilione [OH-]. Se la concentrazione di H+ è superiore a OH-, il materiale è acido, cioè il valore pH è inferiore a 7. Se la concentrazione di OH- è superiore a H+, il materiale è basico, cioè il valore pH è superiore a 7. Se sono presenti quantità uguali di ioni H+ e OH-, il materiale è neutro, con un pH pari a 7. Gli acidi e le basi contengono, rispettivamente, idrogenioni e idrossilioni liberi. La relazione tra idrogenioni e idrossilioni in una data soluzione è costante per una determinata serie di condizioni ed è possibile determinare gli uni conoscendo gli altri.

Ulteriori informazioni sui pHmetri

Misurazione del pH

È possibile ottenere un'indicazione approssimativa del pH usando cartine o indicatori di pH, che cambiano colore al variare del livello di pH. Questi indicatori sono limitati in termini di accuratezza e possono essere difficili da interpretare correttamente in caso di campioni colorati o scuri.

COSA SIGNIFICA IL TERMINE "PH"?

Il termine pH deriva da "p", il simbolo matematico di logaritmo negativo, e "H", il simbolo chimico dell'idrogeno.

È possibile ottenere misure più accurate del pH con un pHmetro. Un sistema di misurazione del pH è costituito da tre parti: un elettrodo di misurazione del pH, un elettrodo di riferimento e un misuratore ad elevata impedenza di ingresso. L'elettrodo per pH può essere considerato come una batteria, con una tensione che varia con il pH della soluzione misurata. L'elettrodo di misurazione del pH è un bulbo di vetro sensibile agli idrogenioni, con un'uscita in millivolt che varia con i cambiamenti nella concentrazione relativa degli idrogenioni all'interno e all'esterno del bulbo. L'uscita dell'elettrodo di riferimento non varia con l'attività dell'idrogenione. L'elettrodo per pH ha una resistenza interna molto elevata, che rende difficile misurare il cambiamento di tensione con il pH. L'impedenza di ingresso del pHmetro e le resistenze di dispersione sono quindi fattori importanti. Il pHmetro è fondamentalmente un amplificatore ad alta impedenza che misura accuratamente le tensioni minime dell'elettrodo e visualizza i risultati direttamente in unità pH su un display analogico o digitale. In alcuni casi, le tensioni possono essere lette anche per applicazioni speciali o per l'uso con elettrodi ionoselettivi od ORP (Oxidation-Reduction Potential, potenziale di riduzione e ossidazione).

Elettrodi per pH

La tecnologia degli elettrodi per pH non è cambiata molto negli ultimi 50/60 anni. Nonostante i progressi tecnologici degli ultimi 30/40 anni, la produzione di elettrodi per pH rimane un'arte. Lo speciale corpo in vetro dell'elettrodo viene sagomato da soffiatori di vetro. Nessun processo estremamente avanzato o "high tech", pur essendo un passaggio critico e molto importante nella produzione degli elettrodi. Lo spessore del vetro ne determina infatti la resistenza e ne influenza l'uscita.

errore dell'elettrodo in vetro in unità pH

Compensazione della temperatura

La compensazione della temperatura è integrata nello strumento, in quanto elettrodi per pH e misurazioni sono termosensibili. La compensazione della temperatura può essere manuale o automatica. Con la compensazione manuale, è necessaria una misurazione a parte della temperatura; il controllo manuale della compensazione del pH può essere impostato con il valore approssimativo della temperatura. Con la compensazione automatica della temperatura (CAT), il segnale proveniente da una sonda di temperatura a parte viene immesso nel pHmetro, in modo che possa determinare con accuratezza il valore pH del campione a tale temperatura.

Soluzioni tampone

I tamponi sono soluzioni caratterizzati da valori pH costanti e capacità di resistere ai cambiamenti in quel livello di pH. Vengono utilizzati per calibrare il sistema di misurazione del pH (elettrodo e misuratore). Possono sussistere lievi differenze tra le uscite degli elettrodi, nonché variazioni nell'uscita degli elettrodi nel corso del tempo. Pertanto, il sistema deve essere calibrato periodicamente. I tamponi sono disponibili con un'ampia gamma di valori pH e vengono forniti sia in forma liquida premiscelata o come comode capsule di polvere. La maggior parte dei pHmetri richiede la calibrazione a diversi valori di pH specifici. La prima calibrazione viene solitamente eseguita vicino al punto isopotenziale (il segnale prodotto da un elettrodo a pH 7 è 0 mV a 25 °C) e la seconda in genere a pH 4 o a pH 10. La scelta migliore è un tampone con valore pH il più vicino possibile al valore pH effettivo del campione da misurare.

Tipi di pHmetro

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Trasmettitori di pH wireless Trasmettitori di pH wireless
Questi trasmettitori wireless misurano diversi ingressi di sensori, inclusi tra l'altro pH, RTD, umidità relativa. I dati vengono trasmessi in modo wireless a un computer o a una rete.
pHmetri portatili pHmetri portatili
Questi pHmetri offrono funzionalità complete in un formato portatile per l'uso in laboratorio o sul campo. Le caratteristiche disponibili includono uscita RS232, funzione Data Hold, unità °C o F selezionabile, spegnimento automatico, indicazione di sovraccarico, compensazione della temperatura automatica o manuale e altro ancora.
pHmetri da banco pHmetri da banco
I pHmetri da banco sono normalmente utilizzati per applicazioni di laboratorio, industriali e di produzione. I modelli offrono misurazioni di mV, ioni e temperatura e possono essere da economici a high-end, per esigenze di misurazione a bassa tolleranza.
Elettrodo per pH Elettrodo per pH
Gli elettrodi per pH sono disponibili in diversi tipi, per applicazioni sia di laboratorio che industriali. Indipendentemente dal loro stato, sono tutti realizzati in vetro e sono quindi soggetti a rottura. Gli elettrodi sono progettati per misurare la maggior parte dei mezzi acquosi. Non sono progettati per essere utilizzati in solventi, come il CCI4 che non contiene idrogenioni liberi.

Domande frequenti

Effetti della temperatura sul pH

Temperature superiori a 25 °C: la compensazione della temperatura abbassa un pH alto e aumenta un pH basso, ottenendo così un valore prossimo al neutro. Temperature inferiori a 25 °C: la compensazione della temperatura aumenta un pH alto (più basico) e abbassa un pH basso (più acido), ottenendo così valori che si discostano dal neutro. La necessità di utilizzare o meno la compensazione della temperatura è una questione legata all'accuratezza del pH necessaria. Ad esempio, se il requisito di accuratezza è di ±0,1 pH, a pH 6 e temperatura di 45 °C (113 F), l'errore è di 0,06 e rientra quindi pienamente nei requisiti di accuratezza. D'altro canto, con lo stesso requisito di accuratezza di ±0,1 pH, operando a pH 10 e 55 °C (131 F) si otterrebbe un errore di 0,27 pH e sarebbe necessario utilizzare la compensazione.

La compensazione, quando richiesta, può avvenire in due modi. In caso di fluttuazioni della temperatura, sarà necessario utilizzare un compensatore automatico. In caso di temperatura costante entro diversi gradi centigradi, è possibile utilizzare un compensatore manuale. Se non è necessario utilizzare un compensatore, è possibile installare un resistore fisso tra i morsetti del compensatore di temperatura. I suddetti dispositivi, cioè compensatore automatico, compensatore manuale o resistore fisso, operano in funzione del circuito elettronico del pHmetro. Pertanto, informazioni e parti devono essere reperite presso il fabbricante del misuratore. I compensatori automatici, se utilizzati, devono trovarsi sempre nella stessa posizione dell'elettrodo per pH. Quando gli elettrodi vengono calibrati nel tampone, anche il compensatore di temperatura deve trovarsi nel tampone. In modo simile, un compensatore di temperatura manuale deve essere regolato in modo da riflettere la temperatura alla quale l'elettrodo per pH è esposto durante la calibrazione e il funzionamento.

COME CALIBRARE UN PHMETRO?

Di seguito viene riportato un metodo generale per la maggior parte dei pHmetri. Alcuni pHmetri richiedono tecniche leggermente diverse. Leggere le istruzioni per le procedure specifiche.

  1. L'impostazione della temperatura sul misuratore deve corrispondere alla temperatura dei tamponi utilizzati oppure deve essere utilizzato un compensatore automatico di temperatura.
  2. Portare il pHmetro su "pH" o "ATC" se viene utilizzata la compensazione automatica della temperatura (CAT).
  3. Posizionare l'elettrodo pulito in un tampone fresco a temperatura ambiente con pH 7,00.
  4. Regolare la lettura del pH esattamente a 7,00 utilizzando la manopola ZERO OFFSET, STANDARDIZED o SET.
  5. Sciacquare l'elettrodo con acqua distillata o deionizzata. (Questa è la procedura per la calibrazione a un punto. Andare al passaggio 8 per la calibrazione a due punti.)
  6. Inserire l'elettrodo nel secondo tampone, a pH 4,00 o 10,00.
  7. Regolare la lettura del pH per visualizzare il valore corretto utilizzando i comandi SLOPE, CALIBRATE o GAIN (regolazione approssimativa).
  8. Regolare la lettura del pH per visualizzare il valore corretto utilizzando SLOPE (regolazione di precisione).
Sfide poste dalle applicazioni di misurazione del pH

Le complicazioni legate al pH hanno varie origini. Nell'elenco seguente vengono illustrati i tipi di possibili problemi nella misurazione del pH e come affrontarli.

  1. La strumentazione è spesso fonte di disturbo per i sistemi per pH, con errori di ripetibilità, disturbi di misurazione o isteresi della valvola.
  2. I punti di misura pH in linea oscillano, indipendentemente dalle modalità e dalla regolazione del controller, se i punti di regolazione si trovano sulle aree ripide delle curve di titolazione.
  3. I supporti di immersione dell'elettrodo pH con terminazioni non incapsulate al di sotto della superficie del liquido è probabile che presentino terminazioni bagnate.
  4. Le valvole di controllo del reagente non accoppiate al punto di iniezione sui sistemi in linea causano ritardi di erogazione del reagente abbastanza lunghi da trasformare gli attrezzi da lavoro in strumenti obsoleti.
  5. L'unico modo per diagnosticare i problemi di erogazione del reagente è disporre di un flussometro.
  6. I segnali ad anello aperto del flusso devono essere moltiplicati per le uscite del controller pH e utilizzati per azionare direttamente le valvole dei reagenti o per stabilire i setpoint di controllo del flusso del reagente.
  7. I ritardi di trasporto agli elettrodi pH negli alloggiamenti degli analizzatori superano le scadenze di miscelazione, così che al maggior comfort nel controllo degli elettrodi corrisponde un minor comfort nel controllo delle registrazioni delle tendenze.
  8. Laddove possibile, gli elettrodi di iniezione sono preferibili ai supporti portacampioni al fine di ridurre i problemi di manutenzione e migliorare i tempi di risposta, sebbene non tutti gli elettrodi di iniezione vengano creati nello stesso modo.
  9. Se non è necessario controllarli, i serbatoi di grandi dimensioni sono una scelta corretta; utilizzare il volume a monte per ridurre il consumo di reagente o a valle per ridurre l'errore di controllo. Se non si riesce a stabilirne il punto di utilizzo, posizionarlo a valle.
  10. Per una misurazione del pH installare uno o tre elettrodi, mai due.