Základní princip měření pH
Známá a starodávná metoda měření nulového proudu používaná k určení procesů chemických reakcí je pravděpodobně měření pH. Obecně řečeno, měření pH se používá ke stanovení kyselosti nebo zásaditosti roztoku. I chemicky čistá voda má stopové množství disociace a její ionizační rovnice je: H2O H2O=H3O-OH - (1) Vzhledem k tomu, že je disociováno jen velmi malé množství vody, molární koncentrace ionty je obecně záporný mocninný exponent. Aby se zabránilo použití záporného mocninného exponentu molární koncentrace pro výpočty, biolog Sorensen navrhl v roce 1909 nahradit tuto nepohodlnou hodnotu logaritmem a definovat ji jako „hodnotu pH“. Matematicky je hodnota pH definována jako záporný logaritmus běžně používané koncentrace vodíkových iontů. To znamená, pH=jeden log [H]
(2) Vzhledem k silné závislosti iontového produktu na teplotě je pro hodnotu pH řízení procesu nutné současně znát teplotní charakteristiky roztoku. Pouze při stejné teplotě měřeného média lze porovnávat jeho hodnotu pH. Pro získání reprodukovatelné hodnoty pH se pro měření pH používá potenciometrická analýza. Elektroda použitá v metodě analýzy potenciálu se nazývá primární baterie. Napětí této baterie se nazývá elektromotorická síla (EMF). Tato elektromotorická síla (EMF) se skládá ze dvou a půl baterií. Jedna z poločlánků se nazývá měřicí elektroda a její potenciál souvisí se specifickou iontovou aktivitou; Druhý půlčlánek je referenční půlčlánek, běžně označovaný jako referenční elektroda, který je obvykle připojen k měřicímu roztoku a připojen k průmyslovému pH metru. Standardní vodíková elektroda je referenčním bodem pro všechna měření potenciálu. Standardní vodíková elektroda je platinový drát, který je galvanicky pokoven (potažen) chloridem platiny a obklopen plynným vodíkem. Nejznámější a běžně používanou elektrodou pH indikátoru je skleněná elektroda. Jedná se o skleněnou trubici se skleněným filmem citlivým na pH na konci vyfouknutým. Zkumavka je naplněna KCI pufrovým roztokem obsahujícím nasycený AgCl s hodnotou pH 7. Potenciální rozdíl, který existuje na obou stranách skleněného filmu a odráží hodnotu pH, se řídí Nernstovým vzorcem: E=Eo. 1n [H3oq (3) n.] Ve vzorci je E potenciál; E je standardní napětí elektrody; R je plynová konstanta; T je Kelvinova teplota; F je Faradayova konstanta; N je valence měřeného iontu; [HO] je aktivita iontu HO. Jak je vidět z výše uvedené rovnice, existuje určitý vztah mezi potenciálem E a aktivitou a teplotou iontů HO. Při určité teplotě lze měřením potenciálu E vypočítat ln [HO] (pro získání pH převést na log [HO]), což je základní princip detekce pH. V Nernstově vzorci hraje teplota významnou roli jako proměnná. Se stoupající teplotou se bude zvyšovat i hodnota potenciálu. Každé zvýšení teploty o 1 stupeň způsobí potenciální změnu 0,2 mV/pH. Reprezentovaná hodnotou pH se hodnota pH mění o 0,0033 na LPH na I~C. To znamená, že pro měření kolem 20-30 stupňů a 7 pH není potřeba kompenzovat změny teploty; Pro aplikace s teplotami vyššími než 30 stupňů nebo nižšími než 20 stupňů a hodnotami pH vyššími než 8 nebo nižšími než 6 musí být teplotní změny kompenzovány.
