Dłuższa żywotność procesowych elektrod do pomiaru pH

temat wydania
Dłuższa żywotność procesowych elektrod do pomiaru pH
Wielkość pH jest jednym z podstawowych parametrów monitorowanych i kontrolowanych w sposób ciągły w wielu aplikacjach procesowych. Warunki procesowe wymagają zastosowania coraz to bardziej udoskonalonych czujników gwarantujących długoterminową stabilność pomiarową. W celu maksymalizacji żywotności procesowych
elektrod pH firma Hamilton wprowadziła szereg innowacji, umożliwiając dobór najbardziej optymalnego czujnika
do danych warunków procesowych.
SZCZYPTA TEORII, CZYLI CZYM JEST pH
Skala pH określa kwasowość lub zasadowość wodnych roztworów związków chemicznych w skali 0-14.
[
Budowa elektrody
kombinowanej
W
Zgodnie z równaniem
Nernsta wartość pH
6
Do oznaczania pH powszechnie stosowane
w analizie potencjometrycznej są elektrody szklane
tzw. kombinowane.
BUDOWA KOMBINOWANEJ ELEKTRODY
PROCESOWEJ pH
Elektroda kombinowana składa się ze szklanej
elektrody pomiarowej, elektrody odniesienia (porównawczej) i połączenia elektrolitycznego.
Elektroda pomiarowa to wąska szklana rurka
Wartość pH jest definiowana jako ujemny logazakończona membraną w kształcie bańki. Wewnątrz
rytm dziesiętny aktywności zawartych w roztworze
wypełniona roztwowodnym jonów hydroniowych.
rem
buforowym
+
pH = – log10 [H3O ]
Elektroda pomiarowa
Elektroda odniesienia o znanym pH, zawierającym chlorki.
Do określania pH wykorzystuje się różne
drut Ag/AgCl
system referencyjny
Membrana
metody oznaczania. Najpopularniejsze a jedw elektrodzie ponocześnie najmniej dokładne są wskaźniki
miarowej wykonana
kwasowości. Inną metodą jest miareczkowawewnętrzny
roztwór buforowy
jest ze specjalnego
nie potencjometryczne, w której zobojętnia
elektrolit referencyjny
czujnik temperatury
gatunku szkła sodosię mierzoną próbkę dokładnie odmierzonymi ilościami kwasu lub zasady aż do uzyskapołączenie elektrolityczne wego. W kontakcie
z ciekłym roztwonia SEM = 0 ogniwa pH – metrycznego.
membrana szklana
rem na powierzchni
W zakresie pomiarów procesowych onmembrany formuje
line stosuje się metodę potencjometryczną
się uwodniona warstwa żelowa (0,001 mm), seleknazywaną pH-metrią. Metoda potencjometryczna
tywna dla jonów wodorowych. Pomiędzy zewnętrzną
polega na pomiarze siły elektromotorycznej ogniwa
warstwą żelową , a roztworem pomiarowym wytwazłożonego ze wskaźnikowej elektrody szklanej, którza się potencjał elektryczny.
rej potencjał zależy od aktywności oznaczanego jonu
Ponieważ roztwór wypełniający wnętrze eleki elektrody odniesienia (referencyjnej), której potencjał
trody jest roztworem buforowym, czyli jego wartość
w trakcie pomiarów jest stały i niezależny od aktywnopH jest stała, to zmiany potencjału zależą wyłącznie
ści oznaczanego jonu.
od zmian wartości pH roztworu mierzonego.
Zależność tę opisuje równanie Nernsta:
Elektrodę referencyjną stanowi drut srebrny poR×T
C
kryty warstwą chlorku srebra zanurzony w roztwoE=
× log 1
n×F
C2
rze buforowym KCL. Na końcu elektrody umieszczone jest połączenie elektrolityczne stanowiące łącze
E – różnica potencjałów [mV]
pomiędzy roztworem mierzonym a roztworem wyR – stała gazowa (8,31441 J × K-1 × mol-1)
pełniającym elektrodę.
T – temperatura bezwzględna [K]
Połączenie elektrolityczne umożliwia przepływ
F – stała Faraday’a (96486,7 ± 0,54 C × mol-1)
elektrolitu do roztworu, natomiast uniemożliwia
n – wartościowość jonu oznaczanego (nH= 1)
przedostanie się tego roztworu do wnętrza elektroC1 – aktywność jonów hydroniowych
dy odniesienia.
w roztworze C1
C2 – aktywność jonów hydroniowych
MAKSYMALIZACJA ŻYWOTNOŚCI
w roztworze C2
ELEKTROD pH FIRMY HAMILTON
W celu zapewnienia maksymalnej żywotności
procesowych elektrod kombinowanych do pomiaru
pH, firma Hamilton wprowadziła w swoich rozwiązaniach kilka innowacji.
Różnorodność membran w czujnikach do pomiaru pH firmy Hamilton umożliwia dobór najbardziej optymalnej elektrody do danych warunków procesowych badanego medium. Membrany
szklane typu H odznaczają się dobrą odpornością
chemiczną, gwarantując długoterminową stabilność pomiarową. Minimalny wpływ alkaliów na
szkło typu H pozwala uzyskać dokładne pomiary
luty, 1/2015
temat wydania
odniesienia, jednocześnie ułatwiając i przyspieszając
mediów o wysokim pH lub temperaruch jonów, co ma wpływ na szybki czas odpowiedzi
turze (do 130°C).
i zwiększenie dokładności pomiarów. Czujniki pH
Membrany typu PHI z kolei gwafirmy Hamilton z diafragmą typu otwartego zostały
rantują
powtarzalność
pomiarów
uznane przez Niemiecki Federalny Instytut Fizycznow procesach sterylizacji parą, mycia
Techniczny w Brunszwiku za najdokładniejsze elekCIP i autoklawowania przy temperatutrody pomiarowe.
rach do 140°C. Tego typu szkło cechuje
Diafragma typu otwartego
minimalny dryft i praktycznie zerowe przesunięcie
w układzie odniesienia czujniwartości pomiaru w wyniku przeprowadzonych proków gwarantuje stabilny i odcesów sterylizacji i mycia.
twarzalny potencjał, szybki czas
Szkło typu HF daje natomiast najdłuższą możliodpowiedzi, najwyższą dokładwą żywotność czujników pracujących w roztworach
ność pomiarów oraz zapobiega
zawierających kwas fluorowodorowy.
zatykaniu umożliwiając łatwe
Układ referencyjny z barierą jonową – układ rei szybkie czyszczenie.
ferencyjny w czujnikach do pomiaru pH firmy HamilOstatnim rozwiązaniem mająton wyposażony jest w barierę jonów utrudniającą
cym znaczący wpływ na wydłużeprzedostawanie się jonów srebra do elektrolitu, co zanie żywotności jest zintegrowany
pobiega zatruwaniu elektrody. Tego typu wykonanie
przetwornik. Cyfrowe czujniki do pomiaru pH firmy
układu referencyjnego ma szczególne znaczenie przy
Hamilton zostały wyposażone w dwa interfejsy: anapomiarach pH mediów zawierających jony siarczkowe,
logowy 2× 4÷20 mA i cyfrowy 2× Modbus umożliwiajony amonowe, halogenki; które mogą wchodzić w injąc bezpośrednie połączenie z systemem. Wszystkie
terakcje z jonami srebra zatykając (zanieczyszczając)
dane kalibracyjne, procesowe przediafragmę. System referencyjny
chowywane są w pamięci zintegroz barierą jonową polepsza stabildrut Ag/AgCl
wanego w głowicy czujnika pH przeność potencjału referencyjnego
twornika, co umożliwia kalibrację
oraz wydłuża żywotność elekelektrody w dogodnych (stabilnych)
trody kombinowanej kilkukrotbariera jonowa
warunkach laboratoryjnych minimanie w porównaniu z elektrodami
lizując błędy. Funkcja samodiagnostandardowymi, niewyposażonystyki elektrod pozwala na podjęcie
mi w barierę.
elektrolit referencyjny
odpowiednich działań prewencyjElektrolity: POLISOLVE i FOnych, co ma istotny wpływ na przeODLYTE – elektrody wypełniodłużenie ich żywotności.
ne standardowym elektrolitem
żelowym lub polimerowym zapołączenie elektrolityczne
wierającym KCL, przeważnie nie
pracują w pełnym zakresie pH ani
w szerokim zakresie temperatur.
Opatentowany elektrolit polimerowy POLISOLVE, którym wypełniony jest układ referencyjny w elektrodach
pH firmy Hamilton umożliwia pomiar w pełnym zakresie pH 0 – 14 oraz w przedziale temperatur od -10°C do
4 … 20 mA
Modbus
140°C. Zastosowanie elektrolitu POLISOLVE zapewnia
bezobsługową pracę elektrody, co ma znaczący wpływ
na wydłużenie jej żywotności.
Elektrolit FOODLYTE został opracowany specjalnie
dla potrzeb przemysłu farmaceutycznego, biotechnoPODSUMOWANIE
logicznego i spożywczego. Elektrolit jest bezwonny,
bezsmakowy oraz biokompatybilny. Elektrody wyReasumując niniejszy artykuł należy zaznaczyć, że
pełnione elektrolitem FOODLYTE są przeznaczone do
wprowadzone przez firmę Hamilton liczne udoskonaaplikacji, w których zachodzą procesy sterylizacji, mylenia w elektrodach do pomiaru pH realnie wpływają
cia CIP i autoklawowanie (temp. do 140°C).
na maksymalizację ich żywotności. Dodając do tego
szeroką ofertę czujników, pozwalającą na dobór najbardziej optymalnej elektrody do danych warunków
procesowych badanego medium, możemy być pewni,
że odpowiednio dobrane elektrody będą pracowały
znacznie dłużej niż te stosowane do tej pory.
Kolejnym nowoczesnym rozwiązaniem jest diafragma typu otwartego, którą stanowi pojedyncza
cienka kapilara o średnicy 2000 razy większej od
mikroskopijnych kanalików, jakie zawierają standardowe membrany ceramiczne. W ten sposób wyeliminowano problem zatykania mikrospkopijnych kanalików w membranach ceramicznych przy pomiarach
roztworów zawierających zabrudzenia lub zawiesinę.
Diafragma typu otwartego uniemożliwia przedostanie się roztworu mierzonego do wnętrza elektrody
WW
Membrana
W
Diafragma typu
otwartego
WW
Bariera jonowa
W
Komunikacja w elektrodach Hamilton
WW
Elektroda ph
Easyferrm Plus
Ewa Słomska-Czop
Absolwentka Wydziału Paliw
i Energii na Akademii GórniczoHutniczej w Krakowie. W Introlu
pracuje na stanowisku menadżera produktu w dziale pomiarów
fizykochemicznych.
Tel: 32 789 00 67
luty, 1/2015
7