เครื่องวัดค่า pH เป็นเครื่องมือที่จำเป็นในหลายๆ สาขา ตั้งแต่การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ไปจนถึงกระบวนการทางอุตสาหกรรม และแม้แต่การใช้งานในชีวิตประจำวัน เช่น การบำรุงรักษาตู้ปลาหรือการทดสอบคุณภาพน้ำ
การทำความเข้าใจว่าอุปกรณ์เหล่านี้ทำงานอย่างไรและทราบวิธีการปรับเทียบอย่างถูกต้องถือเป็นสิ่งสำคัญในการรับรองการวัดที่แม่นยำ
บทความนี้จะเจาะลึกหลักการเบื้องหลังและให้คำแนะนำโดยละเอียดเกี่ยวกับหลักการทำงานและวิธีการปรับเทียบเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด
pH คืออะไร
ค่า pH เป็นมาตราส่วนที่ใช้ในการวัดความเป็นกรดหรือเบส (ด่าง) ของสารละลาย ซึ่งเป็นแนวคิดพื้นฐานทางเคมีที่มีผลต่อกระบวนการต่างๆ มากมายในธรรมชาติ อุตสาหกรรม และแม้แต่ในร่างกายของเรา
มาตราส่วน pH มีช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 14 โดย pH 0-6.9 (เป็นกรด) และ pH 7 (เป็นกลาง) และ pH 7.1-14 (เป็นเบส/ด่าง)
ดังนั้น pH ของสารละลายเป็นตัววัดความเข้มข้นของไอออนไฮโดรเจน ([H⁺]) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง pH ถูกกำหนดให้เป็นลอการิทึมลบของความเข้มข้นของไอออนไฮโดรเจน:
pH = −log[H+]
ถ้าจะให้เข้าใจง่ายๆ ก็คือ pH บอกเราว่ามีไอออนไฮโดรเจนอยู่กี่ตัวในสารละลาย ซึ่งกำหนดว่าสารละลายนั้นเป็นกรดหรือเบส
- สารละลายที่เป็นกรด: มีไอออนไฮโดรเจนเข้มข้นสูง
- สารละลายที่เป็นเบส: มีไอออนไฮโดรเจนเข้มข้นต่ำ แต่มีไอออนไฮดรอกไซด์เข้มข้น (OH-) สูงกว่า
หลักการทำงานของ pH meter
หลักการพื้นฐานของเครื่องวัดค่า pH Meter มีรากฐานมาจากปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดแก้วและสารละลายที่กำลังทดสอบ คือการวัดค่าโพเทนชิโอเมตรี ซึ่งเป็นการวัดศักย์ไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้า (mV) ของสารละลาย
ในตอนต้นของบทความนี้ได้อธิบายไว้ว่า สารที่เป็นกรดจะมีไฮโดรเจนไอออน (H+) ดังนี้เครื่องวัดนี้จะวัดศักย์ไฟฟ้าและแปลงค่านี้เป็นค่ากรด-ด่าง pH
การทำงาน:
- เมื่อจุ่มหัววัด pH ลงในสารละลาย ไอออนไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับหัววัดแก้วของอิเล็กโทรด ทำให้เกิดความต่างศักย์ (แรงดันไฟฟ้า) ระหว่างด้านในและด้านนอกของหลอดแก้ว
- อิเล็กโทรดอ้างอิงรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ ทำให้มิเตอร์สามารถวัดความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสองได้
- ความต่างศักย์ไฟฟ้านี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับความเข้มข้นของไอออนไฮโดรเจนในสารละลาย และเครื่องวัดจะใช้ข้อมูลนี้เพื่อคำนวณค่า pH โดยแสดงเป็นค่าตัวเลข
ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้และค่า pH จะถูกควบคุมโดยสมการ Nernst ซึ่งรับรองว่าการเปลี่ยนแปลงหน่วย pH หนึ่งหน่วยจะสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลง 59.16 มิลลิโวลต์ที่อุณหภูมิห้อง
ภาพแสดงหลักการทำงานและเครื่องวัดจริง
การสอบเทียบ pH meter คำแนะนำทีละขั้นตอน
การปรับเทียบมีความสำคัญอย่างยิ่งในการรักษาความแม่นยำของเครื่องวัด pH เมื่อเวลาผ่านไป อิเล็กโทรดแก้วอาจเคลื่อนตัวได้เนื่องจากการปนเปื้อน อายุ หรือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ทำให้การอ่านค่าไม่แม่นยำ
การปรับเทียบเป็นประจำโดยใช้สารละลายบัฟเฟอร์มาตรฐานจะช่วยให้เครื่องวัด pH ของคุณมีความแม่นยำและเชื่อถือได้
ขั้นตอนที่ 1: เตรียมอุปกรณ์ที่จำเป็น
- สารละลายบัฟเฟอร์สำหรับการสอบเทียบ (โดยทั่วไปคือ pH 4.00, pH 7.00 และ pH 10.00)
- น้ำกลั่นหรือน้ำที่ผ่านการดีไอออนไนซ์
- บีกเกอร์หรือภาชนะขนาดเล็กสำหรับใส่สารละลายบัฟเฟอร์
- ผ้าแห้งสะอาดสำหรับเช็ดอิเล็กโทรด
ขั้นตอนที่ 2: เตรียมเครื่องวัดค่า pH
- เปิดเครื่องวัดค่า pH: ปล่อยให้เครื่องอุ่นขึ้นสักสองสามนาที หากจำเป็น
- ล้างอิเล็กโทรด: ล้างอิเล็กโทรดแก้วด้วยน้ำกลั่นหรือน้ำที่ผ่านการดีไอออนไนซ์เพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อนใดๆ ซับเบาๆ ให้แห้งด้วยผ้าสะอาด อย่าถู เพราะอาจทำให้เยื่อแก้วอันบอบบางเสียหายได้
ขั้นตอนที่ 3: สอบเทียบ
- จุ่มลงในสารละลายบัฟเฟอร์ pH 7.00: เริ่มต้นด้วยสารละลายบัฟเฟอร์ pH 7.00 ที่เป็นกลาง จุ่มอิเล็กโทรดลงในสารละลายและรอจนกว่าค่าที่อ่านได้จะคงที่
- ปรับมิเตอร์: มิเตอร์วัดค่า pH ส่วนใหญ่มีปุ่มปรับเทียบหรือปุ่มปรับเทียบ ปรับมิเตอร์จนกระทั่งอ่านค่าได้ 7.00 พอดี หากมิเตอร์ของคุณเป็นแบบอัตโนมัติ มิเตอร์จะจดจำบัฟเฟอร์และปรับเทียบตัวเอง
- ล้างและทำซ้ำกับบัฟเฟอร์ pH 4.00 และ 10.00: หลังจากปรับเทียบด้วยบัฟเฟอร์ pH 7.00 แล้ว ให้ล้างอิเล็กโทรดและทำซ้ำขั้นตอนนี้กับบัฟเฟอร์ pH 4.00 (กรด) และ pH 10.00 (ด่าง) วิธีนี้จะช่วยให้มิเตอร์มีความแม่นยำตลอดช่วง pH ทั้งหมด
- ปรับเทียบขั้นสุดท้าย: หลังจากปรับเทียบด้วยสารละลายบัฟเฟอร์ทั้งหมดเสร็จแล้ว มิเตอร์วัดค่า pH ของคุณควรได้รับการปรับเทียบอย่างถูกต้องและพร้อมใช้งาน มิเตอร์บางตัวจะเก็บข้อมูลการปรับเทียบ ในขณะที่บางตัวอาจต้องปรับเทียบด้วยมือทุกครั้ง
ขั้นตอนที่ 4: เคล็ดลับการบำรุงรักษา
- การสอบเทียบปกติ: สอบเทียบมิเตอร์ pH ของคุณเป็นประจำ โดยเฉพาะก่อนการวัดที่สำคัญ สำหรับการใช้งานบ่อยครั้ง อาจจำเป็นต้องสอบเทียบทุกวัน
- การจัดเก็บที่เหมาะสม: เก็บอิเล็กโทรดในสารละลายจัดเก็บอิเล็กโทรด pH ไม่ใช่ในน้ำกลั่น ซึ่งอาจทำให้หัววัดเสียหายได้
- การทำความสะอาด: หากอิเล็กโทรดปนเปื้อน ให้ทำความสะอาดด้วยสารละลายทำความสะอาดอิเล็กโทรด pH ก่อนสอบเทียบใหม่
บทสรุป
การทำความเข้าใจหลักการของมิเตอร์ pH และการรู้วิธีสอบเทียบเป็นทักษะที่จำเป็นสำหรับทุกคนที่ต้องพึ่งพาการวัด pH ที่แม่นยำ
ไม่ว่าคุณจะทำการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ตรวจสอบคุณภาพน้ำ หรือรับรองค่า pH ที่เหมาะสมในกระบวนการผลิต มิเตอร์ pH ที่ได้รับการสอบเทียบอย่างดีก็มีความสำคัญอย่างยิ่ง