
		om nettverket \| kontakt \| A til Å \| english

Du er her: Forsiden > Aktiviteter > Hvordan virker et pH-meter?

Ikke innlogget.

Logg inn / registrer deg

Hvordan virker et pH-meter?

Surheten, eller konsentrasjonen av H⁺-ioner (egentlig H₃O⁺) i vann, er en økologisk faktor som både har betydning for mange biologiske prosesser og som i stor grad påvirkes av dem. Surheten måler vi som pH, som er den negative logaritmen til hydrogenion konsentrasjonen (pH= -log₁₀[H₃O⁺]). Når vann spaltes i H⁺ og OH^- ioner er alltid [H⁺]x[OH^-]=10^-14. Er det like mye av hvert ion, sier vi vannet er nøytralt. Da er [H⁺]=10^-7 og følgelig pH=7. er pH under 7 er vannet surt, og er det over er det basisk. De fleste organismer i ferskvann trives best ved pH-verdier rundt nøytralitetspunktet. Allerede ved pH-verdier under 6 blir det for surt for mange dyr. Likeledes er det mange vannplanter som får problemer med pH verdier over 9, selv om det er først rundt pH på 10 at de store problemene melder seg.

pH avgjør

For å vite hvilke forhold planter og dyr lever under i ferskvann, er det viktig å kjenne pH. Forskjellige teknikker har vært brukt for å måle den, og den enkleste er basert på at mange organiske fargestoffer skifter farge når pH forandrer seg. Har man en ferdiglaget fargeskala for ulike pH verdier, kan man sette fargestoffet til en vannprøve og sammenligne med skalaen. Fargestoffet kan også være absorbert på en papirstrimmel, pH-papir. Når strimmelen dyppes i vann får den farge etter pH-verdien i vannet. Imidlertid vil fargeindikatorene selv påvirke pH i vannet. Vann i Norge er som r svært bløtt, hvilket betyr at det er lite av ulike salter som er løst i det. Dette gjør at pH er svært labilt og lett påvirkelig. Vi sier det er lite bufret fordi det er lite med løste salter som stabiliserer pH.

Måler spenning

Langt mer nøyaktig kan pH måles med et med et pH-meter. I prinsippet er dette et voltmeter som måler spenningen mellom hydrogenionene i vannet og ionene i glasset på pH-elektroden. Den type pH-elektroder som brukes ved pH-målinger i vann, er en såkalt kombinert elektrode (Fig 1), som egentlig er to elektroder montert i samme holder. Den ene elektroden er en glasselektrode, og den andre en referanseelektrode.

Prinsippet

Figur 1

For å forstå prinsippet ved målingen er det enklest å se på de to elektrodene separat (fig. 2). På glasselektroden er den nedre glassboblen laget av en spesiell type tynt glass som er følsom for hydrogenkonsentrasjonen i vannet. Det etableres en likevekt mellom hydrogenionene i vannet og ionene i glasset. Denne likevekten skaper et elektrisk potensial over kontaktflaten. Potensialet er avhengig av konsentrasjonen av hydrogenionene i vannet og temperaturen. Potensialet er ved samme temperatur l avhengig av logaritmen til ioneaktiviteten, slik at når potensialet er kjent kan man regne ut pH (Nernsts formel). Det må kalibreres mot en buffer eller to buffere med kjent pH og det må korrigeres for temperaturen. De fleste pH-metere kan kalibreres for temperaturen. Glassboblen har en indre 0.1 mol/l HCl løsning. Ned i denne løsningen stikker det en sølvtråd pålagt AgCl, en sølv-sølvklorid tråd, som samtidig er i kontakt med ledningen til selve pH-meteret. Den indre løsningen får på denne måten en konstant hydrogenion konsentrasjon og et konstant potensiale mot innsiden av glassveggen. Samtidig blir det en konstant klorid konsentrasjon i løsningen og et konstant potensiale mot sølv-sølvklorid tråden. Slik blir det indre potensialet mellom glassveggen og sølv-sølvkloridtråden konstant.


Figur 2a	Figur 2b

Referanse

Det trengs imidlertid en referanseelektrode til for å slutte kretsen og få en fullstendig elektrokjemisk celle. Referanseelektroden skal gi et mest mulig stabilt potensiale ved endringer i hydrogenione-konsentrasjonen vannprøven. Når man måler potensialet mellom de to elektrodene, måler man summen av alle potensialene som er nevnt. Blant disse skal alle sammen være konstante bortsett fra potensialet mellom glasset og vannprøven. Det forandrer seg med pH'en slik at det kan registreres. Dessverre er det svært vanskelig å få en referanse elektrode som er helt upåvirket av hydrogenione-konsentrasjonen i vannprøven. Måten problemet er løst på er at den indre lederen er omgitt av en løsning som har et konstant potensiale mot det indre elementet, sølv-sølvklorid tråden, og tilnærmet konstant mot vannprøven på utsiden. Vanligvis brukes en mettet KCl løsning til å omgi Sølv-sølvklorid tråden. KCl-løsningen står i direkte forbindelse med vannprøven utenfor gjennom en porøs propp (keramisk, kvarts). Dessverre gir forskjellig materiale i proppen årsak til noe variasjon i potensialet mellom vannprøven og elektroden og dette er det vanskeligste punktet for måling, lagring og vedlikehold av pH elektroder.

En pH elektrode trenger stadig tilsyn og vedlikehold. Ved bruk lekker det stadig KCl ut av den porøse proppen og slik væske må etterfylles. Det er likeledes fare for tiltetning av proppen slik at referansepotensialet ikke blir riktig. Også glassboblen kan tilgrises og ved det få feil potensiale. For at elektroden raskt skal vise riktig potensiale, må både den porøse proppen og glassboblen være fuktige. Den oppbevaring som anbefales for kombinasjonselektroder er å holde den nedsenket i pH 4 buffer med noe KCl krystaller tilsatt. Påfyllingshullet for KCl bør tettes slik at løsningen ikke fordamper den veien. Holdes hele elektroden i et reagensrør med en propp som bare har hull for ledningen ut fordamper heller ikke bufferen elektroden står i. pH elektroder er dyre og det er lite hjelp i dem hvis de har fått tørke helt ut den porøse proppen helt tiltettet.

De fleste pH-m har gode bruksanvisninger for bruk, men for dem som ønsker å sette seg ytterligere inn i pH-meterets prinsipp, bygning og bruk, anbefales boken:

Westcott, C. Clark (1978): pH Measurements. Academic press. New York. 172 sider.