Olen käyttänyt sähköistä pH-mittaria pesunesteiden ja työstöneste-emulsioiden mittaamiseen. Refraktometrin ohella pH-mittari on etenkin emulsioiden kanssa elintärkeä nesteen kunnon takaamiseksi. Sähköinen mittari on tarkka (ne kusilaput unohtuvat nopeasti) ja hyvin helppo käyttää, kunhan siihen totuttelee. Mutta minkälainen pH-mittari on hyvä ja mihin sitä voi käyttää? Miten pH-mittari toimii? Mikä on pH-mittari?
pH-mittarin rakenne
Vesiliuoksen pH-arvoa mittaava anturi koostuu perinteisesti ontosta lasikalvosta (oli se kartion tai pallon muotoinen), jonka sisällä on hopea-hopeakloridi referenssielektrodi ja suolahappoliuosta, joka on kylläinen hopeakloridin suhteen. Lasikuulan ulkopuolella, mutta anturin koteloinnin sisällä taas on toinen Ag | AgCl -referenssielektrodi sekä liuos, joka on sekä hopeakloridin että kaliumkloridin suhteen kylläinen. Tätä liuosta ja lasikuulan pintaa erottaa AgCl/KCl-suolaseos, joka varmistaa, että AgCl/KCl-liuos pysyy kylläisenä ja siten ainoastaan anturin ulkopuolisen näytteen pitoisuus on se muuttuva tekijä. Toimiakseen anturi tarvitsee suolasillan, joka yhdistää hapetus- ja pelkistyspuolikennot löyhästi toisiinsa. Eli näytteen ja ulkoisen referenssielektrodin. Anturin kyljessä on siis reikä, jossa on huokoinen korkki, josta AgCl/KCl-elektrolyyttiliuosta pääsee hitaasti tihkumaan ulos. Referenssielektrodeilla mitataan jännitettä lasikalvon pintaa pitkin ja mitattavan liuoksen H+-ionit vaikuttavat tähän jännitteeseen selektiivisesti laskeutuessaan lasikalvon ulkopinnalle, mikä mahdollistaa H+:n kemiallisen aktiivisuuden, eli pH:n mittaamisen ko. laitteella.[1]
Elektrodi kuvassa
Ohessa on mikroskoopin avulla otettu valokuva pH-elektrodista. Vihreän lasikuulan sisältä voi erottaa referenssielektrodin. Nykyisten kaupallisten pH-antureiden rakenne voi hyvinkin poiketa tuosta edellä mainitusta, mutta niiden perusperiaate on melkolailla se sama. Toki muunkinlaisia pH-antureitakin on, mutta se on sitten toinen juttu ja sen saa joku toinen kemisti kertoa.
pH-mittari – Käyttö ja huolto
Kalibrointi on ensiarvoisen tärkeää laitteen oikean ja tarkan toiminnan kannalta. Kalibrointiin on saatavilla erilaisia pH-standardiliuoksia, joilla kalibrointi tehdään. Yleensä kalibrointisarjaan kuuluu kolme eri pH:n liuosta, esim. pH 4,01, 7,01 ja 10,01. Kalibrointiin käytetään 1-3 liuosta sarjasta. Liuokset valitaan käyttöalueen mukaan. Itse käytän pH 7,01:ä ja 10,01:ä laitteeni kalibrointiin, sillä keräämäni näytteet ovat käytännössä aina yli 7 pH-arvoiltaan. Milloin kalibrointi sitten tehdään? No, se riippuu hyvin paljon laitteesta, näytteistä ja tarkkuustarpeista. Kalibrointitarpeen tunnistamiseksi suosittelen mittaamaan kalibrointiliuosta ja jos tulos poikkeaa huomattavasti (0,1 yksikköä tai enemmän) etiketin lukemasta, niin ehkä olisi sitten aika kalibroida laite. Jos tulee mitattua ”shokkinäytteitä”, eli hirveän happamia (pH < 1) tai emäksisiä (pH > 13) näytteitä, niin olisi mittauksien jälkeen hyvä suorittaa kalibrointi.
Kannattaa tietää
Lasikuulaelektrodia säilytetään säilytysliuoksessa, jota myydään erikseen ja se on yleensä väkevää tai jopa kylläistä kaliumkloridin vesiliuosta. Eli jos joskus on ihmetyttänyt valkoiset kiteet pH-mittarin pinnalla, niin ne ovat kiteytynyttä kaliumsuolaa, ei ole myrkyllistä. Mutta: suoloissa on eroja, kaliumkloridia ei saa korvata ruokasuolalla, sillä natriumionit kulkeutuvat lasikalvon läpi anturin sisään ja saattavat aiheuttaa anturin lopullisen toimintakyvyttömyyden.
Aikansa kutakin
Jossain vaiheessa pH-anturikin saavuttaa täydet tuntinsa ja oikeanlaisesta säilytyksestä ja kalibroinnista huolimatta ei enää tuota tarkkoja tuloksia. Tällöin anturi kannattaa vaihtaa uuteen. Laitetta hankkiessa tämä on hyvä ottaa huomioon, että anturi on vaihdettavaa mallia. Joskus anturi voi tosin tarvita vain puhdistamista. Epäpuhtauksia on vaikea tai mahdotonta havaita paljaalla silmällä, mutta niitä voi silti olla lasikuulan pinnalla estämässä anturin toimintaa. Laitevalmistajien pesuliuoksia kannattaa käyttää, yleensä ne ovat rasvaisille epäpuhtauksille. Metalliepäpuhtauksien poistoon olen käyttänyt laimennettua etikkaliuosta, johon olen lisännyt hieman ruokasoodaa. DST-Chemicalsin DeGreez/7C on toiminut myös hyvin rasvaan ja metallioksideihin. Vartin liuotus pitäisi toimia, laitetta ei kannata jättää likoamaan edes tunniksi mihinkään muuhun kuin säilytysliuokseen, ellei valmistajan ohjeissa toisin neuvota. En ole itse kokeillut, mutta valistunut arvaukseni on, että silikaattipohjaiset pesuaineet voivat pitemmän päälle käydä anturin ulkopintaan niin kiinni, ettei niitä välttämättä saa millään järkevällä keinolla pois.
Kokemukseni – pH-mittari
Käytän nykyään Hachin Pocket Pro+ Multi 2 -mittaria, jossa on mm. pH-mittari ja sähkönjohtavuusmittaus (EC). Olin aiemmin käyttänyt Hanna Instrumentsin HI98130-mittaria samoilla ominaisuuksilla, mutta siitä meni ensimmäisenä vuonna EC-puoli pimeäksi (näyttää vain 0,00 mS/cm) ja kovista yrityksistä huolimatta pimentoon EC-puoli jäi. Takuu anturille oli 6 kk. Kyseisessä laitteessa EC-anturi on kiinteästi laitteen rungossa, joten piti ostaa kokonaan uusi laite käyttömukavuuden vuoksi. Hannan pH-mittari kuitenkin toimii yhä ja sitä voi käyttää varamittarina, jos tarve vaatii. Olisihan sitä voinut ostaa vain uuden EC-mittarin, mutta kahden kalun kanssa pelaaminen tuntuu niin luonnottomalta. Päädyin Hach-merkkiseen, sillä se vastasi tarpeitani hintaluokaltaan ja ominaisuuksiltaan sekä siinä on grafiittiset tapit sähkönjohtavuuden mittaamiseen. Kirjoitan vielä erikseen sähkönjohtavuusmittauksista. Hannan mittarissa sähkönjohtavuus mitataan oudosti koteloiduilla metallilevyillä ja epäilen, että kyseinen anturi ei kestä työstönesteitä tai pesunesteitä.
Lopuksi
Toistaiseksi pH-mittari nimeltään Pocket Pro, eli taskuammattilainen, on toiminut ihan hyvin. Kuvan laitteet ovat kalibroitu samoilla liuoksilla edeltävänä päivänä, kalibraatioliuos on juuri avattu ja laitettu samasta pullosta astioihin. Lämpötila on otettava myös huomioon, eli 23o C:n lämpötilassa standardin pH on todennäköisesti noin 7,02; eli 0,01 yksikön virhe Hachin laitteella on hyväksyttävä. Hannan tulos heittää enemmän, sillä laite on vanhempi, käytetympi ja todennäköisesti jotain laadullista eroakin on, sillä Hanna Instruments ilmoittaa laitteen pH-mittavirheeksi ±0,05 ja Hachilla vastaava on ±0,02. Mutta edelleen täyttää Hannakin sen, mitä esitteessä on luvattu. Vain tosin pH:n osalta.
Lähteet:
[1] D. C. Harris (2010). Quantitative Chemical Analysis, (8. painos). W. H. Freeman and Company.pH-mittari