pH چیست و چگونه اندازه گیری می شود؟
pH که اندازه گیری غلظت یون هیدروژن است، درجه اسیدی یا قلیایی بودن یک محلول را توصیف می کند. اندازه گیری pH و همچنین کنترل pH یک عامل حیاتی در طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی از جمله تولید دارو، تولید غذا و نوشیدنی، لبنیات و کشاورزی، استفاده های کاربردی تصفیه آب و موارد بی شماری است - و کنترل pH اغلب برای تضمین کیفیت یک محصول حیاتی است.
معرفی pH
اصطلاح "pH" متشکل از یک نماد ریاضی برای یک لگاریتم منفی (p) و نماد شیمیایی برای هیدروژن (H) و مخفف "potential of Hydrogen" است و همانطور که قبلاً ذکر شد، معیار اندازه گیری غلظت یون هیدروژن در یک محلول مایع است. pH مشابه دما، یک مقدار است که بر اساس یک مقیاس تعریف شده معین میشود.
مقیاس pH لگاریتمی است و به طور معکوس غلظت یون های هیدروژن را در محلول ها نشان می دهد و از 0 تا 14 متغیر است. محلولی با 10-8 مول یون H+ در لیتر دارای مقدار pH 8 است. محلولی با 10-2 مول یون H+ در لیتر دارای مقدار pH 2 و به همین ترتیب مقادیر pH تعیین میشود. محلول های با مقدار pH پایین (0-6) به عنوان اسیدی و محلول هایی با مقدار pH بالا (8-14) به عنوان قلیایی طبقه بندی می شوند. مقدار وسط (7) نشان دهنده آب خالص است که خنثی است (نه اسیدی و نه قلیایی).
اهمیت اندازه گیری pH در صنعت
سطح pH یک متغیر مهم در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی است و از آنجایی که کیفیت، اغلب به سطح pH ثابت و بهینه وابسته است، متغیری است که نیاز به نظارت و کنترل موثر دارد. اگر سطح pH به طور موثر کنترل و نظارت نشود، محصولات غذایی ممکن است غیر قابل مصرف و نوشیدنی ها ممکن است غیرقابل نوشیدن شوند، خاک ممکن است غیرقابل استفاده شود و فاضلاب می تواند اثرات نامطلوبی بر محیط زیست داشته باشد. بنابراین، اندازه‌گیری دقیق و ثابت pH اغلب برای تولید موفق محصول صنعتی ضروری است.
اندازه گیری pH
از آنجایی که دانستن pH در موقعیت های صنعتی حیاتی است، داشتن یک دید کلی در مورد روش های مختلف اندازه گیری، مهم است. روش های مختلفی برای اندازه گیری pH وجود دارد، و از بسیاری جهات که مهم‌ترین آنها دقت است، با یکدیگر تفاوت دارند.
یکی از روش های اندازه گیری pH استفاده از نوار تورنسل است. نوار تورنسل، کاغذی است که با پودرهای شیمیایی خاصی فرآوری شده است که در هنگام تماس مستقیم با محلول، با توجه به سطح pH محلول تغییر رنگ می دهد. با این حال، میتوان گفت که این روش یا همان رنگ سنجی به میزانی که در کاربردهای صنعتی نیاز است، دقیق نیست.
الکترود pH
هنگامی که اندازه گیری های دقیق تر و نظارت و کنترل مستمر فرآیند ضروری است، خصوصا در بسیاری از کاربردهای صنعتی، رویکرد پیچیده تری مورد نیاز است. برای اندازه گیری دقیق pH و نظارت و کنترل بهتر، از حسگرهای pH استفاده میشود که معمولاً با عنوان الکترود pH شناخته میشوند.
الکترود pH به یک pH متر متصل است. این pH متر یک تقویت کننده با امپدانس بالا است که ولتاژ الکترود را به دقت اندازه گیری می کند و نتایج را مستقیماً در واحدهای pH روی یک صفحه نمایش دیجیتال نمایش می دهد.
مدل های معروف الکترود pH عبارتند از
• Hanna Instruments HI1131B pH Electrode: معمولاً در کاربردهای آزمایشگاهی استفاده می شود.
• Thermo Scientific Orion 8102BNUWP ROSS Ultra pH Electrode: این الکترود معمولا در کاربردهای تحقیقاتی و صنعتی استفاده می شود. این دارای یک طراحی مرجع منحصر به فرد با عنوان ROSS است که حتی در نمونه های چالش برانگیز، سرعت و پایداری بالایی را ارائه می دهد.
• Mettler Toledo InLab Routine Pro pH Electrode: این حسگر یک الکترود pH قابل اعتماد و با استفاده آسان است که معمولاً در کاربردهای رایج آزمایشگاهی استفاده می شود. دارای بدنه پلاستیکی و طراحی مرجع است که با ژل پر شده و نیازی به نگهداری ندارد.
• Oakton WD-35805-10 pH Electrode: معمولا در کاربردهای محیطی و صنعتی استفاده می شود. دارای بدنه اپوکسی بادوام است و در برابر گرفتگی و رسوب مقاوم است.
• Hamilton 8172 pH Electrode: معمولا در کاربردهای بیوتکنولوژی و دارویی استفاده می شود. دارای بدنه شیشه ای و طراحی مرجع پر از ژل است و در برابر تجمع پروتئین و سایر آلاینده ها مقاوم است.
• Rosemount Model 396P pH/ORP TUpH Sensor: در محلول های فرآیندی حاوی جامدات سنگین استفاده می شود و می تواند در پیکربندی های حلقه های متعدد با تمام ابزار تحلیلی Rosemount و سایر سازندگان استفاده شود.
• Rosemount Model 396R Retractable pH/ORP TUpH Sensor: دارای حداکثر مقاومت شیمیایی در کاربردهای صنعتی است و دارای اینسرت بلند برای ورود عمیق تر است.
کنترل pH
در حالی که اندازه گیری و نظارت بر سطوح pH یک موضوع ضروری در بسیاری از فرآیندهای صنعتی است، کنترل میزان pH از اهمیت بالاتری برخوردار است. چرا که سطح pH مورد اندازه گیری باید قابل قبول باشد. برای این کار میتوان با استفاده ازاطلاعات جمع‌آوری‌شده از الکترودهای pH و pH متر، یک سیستم کنترل pH خودکار و مؤثر ساخت.
یک سیستم کنترل pH، در درجه اول pH محیط را اندازه گیری می کند و با افزودن خودکار یک عامل خنثی کننده، که به عنوان " reagent" شناخته می شود، pH را کنترل می کند. افزودن reagent مناسب و همچنین مقدار مناسب آن به محیط هایی که خیلی اسیدی یا خیلی قلیایی هستند، سطح pH را به محدوده مطلوب برمی گرداند. به عنوان مثال، هنگامی که سطح قلیایی بالا در محیط های فرآیند تشخیص داده می شود، یک reagent اسیدی می تواند سطح pH را به مقدار صحیح بازگرداند. برعکس، اگر سطح قلیایی پایین تشخیص داده شود، می توان یک reagent قلیایی برای افزایش سطح pH اضافه کرد.
سیستم های کنترل pH به متغیرهای زیادی مانند جریان، قدرت اسید یا باز، روش افزودن معرف، و همچنین الزامات و محدودیت های فیزیکی بستگی دارد. به این ترتیب، سیستم های صنعتی کنترل pH بسیار متنوع هستند و در هر سیستم فرآیندی مرتبط با جزئیات آن بکار میروند.
جمع بندی
در فرآوری صنعتی، اندازه‌گیری و کنترل pH برای اطمینان از کیفیت محصول ضروری است و همچنین در واکنش‌های شیمیایی خاص که در سیستم پردازش اتفاق می‌افتد،این مقدار باید کنترل شود. اگرچه کاربردهای اندازه‌گیری pH بسیار متفاوت است، اندازه‌گیری و کنترل بهینه و مؤثر pH را تنها میتوان از طریق انتخاب تجهیزات مناسب و طراحی و اجرای صحیح سیستم به دست آورد. به همین دلیل مشاوره با شرکت های تامین این تجهیزات، جهت انتخاب مناسب آن ها لازم است.
