Osnovni princip mjerenja pH
Poznata i stara metoda mjerenja nulte struje koja se koristi za određivanje procesa kemijske reakcije vjerojatno je pH mjerenje. Općenito govoreći, mjerenje pH koristi se za određivanje kiselosti ili lužnatosti otopine. Čak i kemijski čista voda ima tragove disocijacije, a njezina ionizacijska jednadžba je: H2O H2O=H3O-OH - (1) Zbog činjenice da se samo vrlo mala količina vode disocira, molarna koncentracija iona je općenito negativan eksponent potencije. Kako bi se izbjeglo korištenje negativnog eksponenta molarne koncentracije za izračune, biolog Sorensen predložio je 1909. da se ova nezgodna vrijednost zamijeni logaritmom i definira kao "pH vrijednost". Matematički, pH vrijednost se definira kao negativni logaritam uobičajeno korištene koncentracije vodikovih iona. To jest, pH=jedan log [H]
(2) Zbog jake ovisnosti ionskog produkta o temperaturi, za pH vrijednost kontrole procesa potrebno je istovremeno poznavati temperaturne karakteristike otopine. Samo kada je mjereni medij na istoj temperaturi može se usporediti njegova pH vrijednost. Kako bi se dobila ponovljiva pH vrijednost, za mjerenje pH koristi se potenciometrijska analiza. Elektroda koja se koristi u metodi analize potencijala naziva se primarna baterija. Napon ove baterije naziva se elektromotorna sila (EMS). Ova elektromotorna sila (EMS) sastoji se od dvije i pol baterije. Jedna od polućelija naziva se mjerna elektroda, a njen potencijal povezan je sa specifičnom aktivnošću iona; Druga polovica ćelije je referentna polovica ćelije, koja se obično naziva referentnom elektrodom, koja je obično spojena na mjernu otopinu i spojena na industrijski pH metar. Standardna vodikova elektroda je referentna točka za sva mjerenja potencijala. Standardna vodikova elektroda je platinasta žica koja je galvanizirana (prevučena) platinastim kloridom i okružena vodikovim plinom. Najpoznatija i najčešće korištena pH indikatorska elektroda je staklena elektroda. To je staklena cijev s pH osjetljivim staklenim filmom napuhanim na kraju. Epruveta je napunjena puferskom otopinom KCI koja sadrži zasićeni AgCI, s pH vrijednošću 7. Razlika potencijala koja postoji s obje strane staklenog filma i odražava pH vrijednost slijedi Nernstovu formulu: E=Eo. 1n [H3oq (3) n.] U formuli, E je potencijal; E je standardni napon elektrode; R je plinska konstanta; T je Kelvinova temperatura; F je Faradayeva konstanta; N je valencija mjerenog iona; [HO] je aktivnost HO iona. Kao što se može vidjeti iz gornje jednadžbe, postoji određeni odnos između potencijala E i aktivnosti i temperature HO iona. Na određenoj temperaturi, mjerenjem potencijala E može se izračunati ln [HO] (pretvoreno u log [HO] da se dobije pH), što je osnovno načelo pH detekcije. U Nernstovoj formuli temperatura ima značajnu ulogu kao varijabla. Kako temperatura raste, potencijalna vrijednost će također rasti. Za svaki porast temperature od 1 stupnja, uzrokovat će potencijalnu promjenu od 0.2 mV/pH. Predstavljena pH vrijednošću, pH vrijednost varira za 0.0033 po LPH po I~C. To znači da za mjerenja oko 20-30 stupnjeva i 7pH, nema potrebe za kompenzacijom temperaturnih promjena; Za primjene s temperaturama višim od 30 stupnjeva ili nižim od 20 stupnjeva i pH vrijednostima većim od 8 ili manjim od 6, promjene temperature moraju se kompenzirati.
