تعریف PH و طرز اندازه گیری آن :

در یک لیتر آب خالص در حرارت 25 درجه سانتی گراد واکنش زیر صورت گرفته و مقدار بسیار کمی یعنی در حدود 10-7 یون هیدروژن و همچنین مقداری نیز یون هیدروکسیل تولید می شود :

H2O →  H+ + OH-

چنانچه می دانیم یون هیدروژن عامل اسیدی و یون هیدروکسیل عامل قلیایی است. تجربه نشان داده است که در آب خالص ، غلظت یون هیدروکسیل عامل قلیایی است. تجربه نشان داده است که در آب خالص، غلظت یون هیدروژن و یون هیدروکسیل مساوی بوده و لذا اصطلاحاً گفته می شود که آب مایعی خنثی است. چنانچه برخی شرایط منجر به ازدیا غلظت یون هیدروژن در محلولها شود، گفته می شود واکنش محلول اسیدی است. چون غلظت یون هیدروژن در محلول های بیولوژیکی بسیار کم است به جای غلظت از لگاریتم عکس آن استفاده شده و آن را اصطلاحاً PH می نامند. بنابراین  :

PH = Log ( 1 ⁄ H + )

 

بنابراین برای آب خالص مطابق رابطه می توان نوشت :

PH = Log ( 1 ⁄ H + ) = Log ( 1 ⁄ 10 -7 ) = Log 10 7 = 7

 

به عبارت دیگر PH آب خالص 7 می باشد. از آنجا که حاصلضرب غلظت یون هیدروژن در غلظت هیدروکسیل برای محلول های آبی رقیق، ثابت و برابر می باشد. بنابراین:

 (H+)+(OH-)=1014
PH + POH = 14

باید توجه داشت که معیار PH برای محلول های دقیق آبی طراحی گردیده است. محلول های دارای PH کمتر از 7 را اسیدی و محلول های دارای PH بیش از 7/1 قلیایی می نامند.

برای اندازه گیری PH دو راه کلی موجود است یکی استفاده از محلول ها یا کاغذهای معرف است.
این محلول ها یا کاغذها بسته به غلظت یون هیدروژن به رنگی در می آیند که از مقایس آن رنگ با جداول مربوطه می توان PH را تعیین نمود. راه دیگر تعیین PH استفاده از الکترودهای خاصی موسوم به الکترودهای شیشه ای است. این الکترودها بسته به غلظت یون هیدروژن محیط دارای پتانسیل الکتریکی می شوند که این پتانسیل در مقایسه فیزیکی با یک الکترود راهنما اندازه گیری و از روی آن PH محلول مورد نظر تعیین می شود.  

روش های مختلف سنجش PH :

دو روش کلی برای سنجش میزان PH در آب ها وجود دارد که شامل دو روش زیر است.

                 1.     روش استفاده از PH متر الکتریکی

                 2.     تعیین PH به روش رنگ سنجی

PH متر الکتریکی:

اکثر اندازه گیری های PH در آزمایشگاه با استفاده از PH متر به وسیله یک مدار الکتریکی کار می کند.این مدار از یک الکترود شیشه ای و یک الکترود مرجع خارجی و یک ولت متر که پتانسیل الکتریکی را در مدار ثبت می کند، تشکیل شده است.  الکترود شیشه ای از یک سیم حامل جریان تشکیل شده است که در داخل یک محلول که PH مشخص دارد فرو برده شود.


کالیبره کردن PH متر:

قبل از استفاده از دستگاه PH متر باید دستگاه کالیبره شود.محلول های بافری با PH های معلوم برای چنین کاری مناسب هستند.

دستگاه PH متر را روشن می کنیم، الکترود را با آب مقطر می شوییم .آن را تکان می دهیم تا خشک شود. سپس آن را درون بشری که حاوی محلول بافری با PH 7 است قرار می دهیم صبر می کنیم تا عدد روی صفحه نمایش ثابت شود.

الکترود را با آب مقطر می شوییم به خوبی آن را تکان می دهیم تا آب آن گرفته شود.بعد داخل محلول بافر با PH 4 قرار می دهیم تا PH متر به حالت ثبات قرار گیرد.

کالیبره کردن دستگاه را از طریق اندازه گیری در PH استاندارد 7 کنترل می نماییم.برای انجام این کار الکترود باید در داخل محلول قرار گیرد.

در این مرحله PH متر آماده است.

در این مرحله مقدار کافی از نمونه را داخل بشر 100 میلی لیتر می ریزیم و الکترود را داخل آن غوطه ور می کنیم و می گذاریم حدود 2 دقیقه دستگاه به حالت ثبات نماند، وقتی عدد روی دستگاه ثابت شد از روی صفحه نمایش مقدار PH نمونه مورد نظر را می خوانیم.

نکاتی در خصوص نحوه نگهداری از الکترود pH :

نکته مهمی که در مورد استفاده از الکترود pH وجود دارد این است که از قرار دادن این الکترود در محلولهایی که با نقره واکنش میدهند خودداری کنید.

اگر الکترود pH را به مدت طولانی در آب مقطر قرار دهید بخاطر اینکه الکترود حاوی KCl است و آب مقطر فاقد آن، به تدریج  KCl موجود در الکترود وارد آب مقطر میگردد و بالطبع باعث ایجاد اختلال در کار الکترود میشود.

تمیز کردن غشای شیشه ای الکترود pH :

اگر الکترود، pH این بافرها را دقیق نشان نداد یکی از علتهای آن میتواند آلوده بودن غشای شیشه ای الکترود باشد.

برای تمیز کردن غشای شیشه ای الکترود، نوک آن را در محلول 0.1 M اسید کلریدریک به مدت 15 ثانیه قرار دهید وبعد با آب مقطر شستشو دهید. سپس آن را در محلول 0.1 M سود

به مدت 15 ثانیه قرار دهید و پس از اتمام 15 ثانیه با آب مقطر شستشو دهید. این اعمال را چند با تکرار کنید.

حال دوباره pH بافرها را چک کنید. اگر باز هم اشکال برطرف نشده باشد، نوک الکترود را به مدت 30 ثانیه در محلول 20% آمونیوم بی فلوراید یا به مدت 15 ثانیه درمحلول 10% هیدروفلوئوریک اسید قرار دهید. سپس با آب مقطر شستشو دهید.در مرحله بعد نوک الکترود را به مدت 30 ثانیه در اسید کلریدریک غلیظ قرار دهید.(این عمل برای حذف باقیمانده احتمالی فلوئورید از روی غشای شیشه ای است) سپس با آب مقطر بخوبی شستشو دهید.

الکترود را به مدت یک ساعت در بافر با pH= 4 قرار دهید. سپس عملکرد الکترود را بیازمایید اگر مشکل برطرف نشده باشد احتمالا باید الکترود را عوض کنید.

 PH متری به روش رنگ سنجی:

این روش شیمیایی که برای تعیین PH استفاده می شود، افزودن یک قطره از یک اندیکاتور اسید – باز به نمونه است.کاغذهای PH اندیکاتور مناسب برای این کار هستند.یک قطره از نمونه روی کاغذ PH قرار داده می شود.و  این ترتیب رنگ مورد نظر مشاهده می شود.اندیکاتورها مولکول های بزرگ آلی هستند که بر اساس PH محلول تغییر رنگ پیدا می کنند.در محدوده ای از دامنه PH برای هر اندیکاتور تغییر رنگ مشاهده می شود.(معمولا حدود 5/1 واحد PH). PHهای متوسط در میانه جدول مشاهده می شوند.که بر اساس این مقدار PH رنگ های بینابینی نیز در این محدوده ی PH قرار می گیرند

به عنوان مثال اندیکاتور کروزول قرمز در PH پایین تر از 7 ،رنگ محلول اندیکاتور زرد است و در PH بالاتر از 8/8 رنگ محلول قرمز رنگ است. در مقادیر PH متوسط براساس نوع PH تغییر درجه رنگ محلول به صورت نارنجی خواهد بود.

 اندیکاتورهای مختلف زیادی وجود دارند که می توانند تمام محدوده ی PH را تحت پوشش قرار دهند.

pH  های اندازه گیری شده در آزمایشگاه: