Κινούμενες εικόνες (animations) για την Ενόργανη Ανάλυση Ι

24/11/2006:   Κάποια πρακτικά θέματα σχετικά με τη λήψη μετρήσεων pH (Updated 22/8/11)

Συνοψίζω μερικά πράγματα που είπαμε στο μάθημα σχετικά με τον σωστό τρόπο λήψης μετρήσεων pH με ηλεκτρόδια υάλου και τις "παγίδες" που κρύβει η διαδικασία αυτή:

[1] Τα ηλεκτρόδια υάλου είναι εξαιρετικά ευαίσθητα και απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή και φροντίδα κατά τη χρήση αλλά και όταν δεν χρησιμοποιούνται:

   (α) Απαιτείται προσοχή κατά τις μετρήσεις γιατί μπορεί εύκολα να σπάσει το ευαίσθητο τμήμα τους από απότομη τοποθέτηση στο ποτήρι μέτρησης ή από τον μαγνητικό αναδευτήρα. Υπενθυμίζεται ότι στο ευαίσθητο τμήμα τους η υάλινη μεμβράνη έχει πάχος μόλις  0,1-0,2 mm [ορισμένα έχουν ένα πλαστικό προστατευτικό περίβλημα γύρω από το ευαίσθητο τμήμα τους].

   (β) Μετά τη μέτρηση πρέπει να διατηρούνται σε δοκιμαστικούς σωλήνες που να περιέχουν νερό ή αραιό διάλυμα HCl (π.χ. 0,01 - 0,1 Μ).

   (γ) Οι μετρήσεις pH (που έχουν σχετική σημασία) σε καθαρούς οργανικούς διαλύτες ή μίγματά τους με νερό πρέπει να πραγματοποιούνται κατά το δυνατόν ταχύτατα, να μην μένει το ηλεκτρόδιο μέσα στα μετρούμενα διαλύματα περισσότερο από λίγα δευτερόλεπτα ώστε να αποφευχθεί η αφυδάτωση της κρίσιμης (για τη σωστή λειτουργία τους) στιβάδας γέλης ("ζελέ") πυριτίας ("ένυδρη ύαλος") από υδατόφιλους διαλύτες (π.χ. αιθανόλη). Μετά τη χρήση αμέσως πρέπει να εκπλυθούν με νερό. Καλό είναι να αποφεύγονται τέτοιου είδους μετρήσεις και να χρησιμοποιούνται ειδικά ηλεκτρόδια για τη δουλειά αυτή και με ειδικά ηλεκτρόδια αναφοράς (για μη υδατικούς διαλύτες).

   (δ) Τα ηλεκτρόδια δεν πρέπει να μείνουν στον "αέρα" για περισσότερα από 1-2 λεπτά για τον ίδιο λόγο, δηλ. για να μην "στεγνώσει" η στιβάδα γέλης.

   (ε) Αν γίνουν μετρήσεις σε διαλύματα που περιέχουν πρωτεΐνες, λίπη, πολυσακχαρίτες και άλλες παρόμοιες ουσίες (π.χ. μετρήσεις pH σε βιολογικά δείγματα, τρόφιμα) απαιτείται σχολαστική έκπλυση. Ίσως χρειαστεί επεξεργασία με διάλυμα αμμωνίας ή ανθρακικού νατρίου (με ένα μέτρια αλκαλικό διάλυμα για τη διαλυτοποίηση ιχνών των ουσιών αυτών που μπορεί να φράξουν τον πορώδη σύνδεσμο του ηλεκτροδίου αναφοράς).

   (στ) Το ίδιο και αν γίνουν μετρήσεις σε ισχυρώς αλκαλικά διαλύματα (π.χ. pH>11). Τα αλκαλικά διαλύματα μπορεί να έχουν καταστροφικά αποτελέσματα στην υάλινη μεμβράνη (διαλύουν τη γέλη πυριτίας), οι μετρήσεις πρέπει να είναι σύντομες και απαιτείται άμεση έκπλυση με αραιό διάλυμα HCl. Μην ξεχνάμε ότι οι μετρήσεις σε αυτά τα pH μπορεί να έχουν μεγάλα σφάλματα λόγω του "αλκαλικού σφάλματος".

   (ζ) Αν διαπιστωθεί ότι το ηλεκτρόδιο δίνει ασταθείς μετρήσεις θα πρέπει ελεγχθούν κατά σειρά: i. Το πεχάμετρο (αν έχει σωστές ρυθμίσεις, αν συνδέεται καλά το ηλεκτρόδιο στη συσκευή, αν λειτουργεί καλά με άλλα ηλεκτρόδια υάλου), ii. αν είναι καθαρή η περιοχή του πορώδους συνδέσμου στο ηλεκτρόδιο αναφοράς δηλ. μην τυχόν έχει φράξει από υλικά που υπήρχαν στα προηγούμενα δείγματα (π.χ. πρωτεΐνες, λίπη), iii. αν εξακολουθεί να δίνει το ηλεκτρόδιο ασταθείς ενδείξεις, βυθίζεται σε διάλυμα HCl 0,1-0,2 M και αφήνεται για ένα 24ωρο. Αν μετά και από αυτό εξακολουθεί το ηλεκτρόδιο να δίνει ασταθείς ενδείξεις, τότε είναι σχεδόν βέβαιο ότι το ηλεκτρόδιο χρειάζεται αντικατάσταση (θα έχει καταστραφεί ανεπανόρθωτα η γέλη πυριτίας και είναι αδύνατη η αναδημιουργία της).

[2] Τα πεχάμετρα βαθμονομούνται με πρότυπα ρυθμιστικά διαλύματα που έχουν ακρίβεια +/-0,01 πεχαμετρικής μονάδας, επομένως είναι αδύνατο να αναφέρονται ενδείξεις pH με τρία δεκαδικά ψηφία, άσχετα του αν το όργανο (κυρίως τα ψηφιακά πεχάμετρα) μας δίνει 3ο ή και 4ο δεκαδικό ψηφίο. Αντίθετα μεταβολές pH (ΔpH) με 3 δεκαδικά ψηφία είναι αποδεκτές (π.χ. στις μελέτες ορισμένων αντιδράσεων που καταλύονται από ένζυμα). Έτσι π.χ. αν πριν από την έναρξη της αντίδρασης έχουμε ένδειξη pH 7,012 και μετά 7,053, μπορούμε να πούμε ότι πράγματι είχαμε ΔpH = 7,053 - 7,012 = 0,041 πεχαμετρικές μονάδες, χωρίς όμως αυτό να σημαίνει ότι η αρχική και η τελική ένδειξη είναι ορθές (μπορεί οι πραγματικές να ήταν 7,019 και 7,060, αλλά πάλι ΔpH = 0,041).

[3] Πριν από τη χρήση του πεχαμέτρου απαιτείται πάντοτε διαδικασία βαθμονόμησης. Οπωσδήποτε πρέπει να γίνει μετά το "άνοιγμα" του πεχαμέτρου. Η διαδικασία αυτή πρέπει να γίνεται τόσο συχνότερα, όσο ακριβέστερες ενδείξεις θέλουμε. Η διαδικασία της βαθμονόμησης δεν είναι απαραίτητη αν δεν μας ενδιαφέρουν οι τιμές pH, αλλά ο τρόπος που μεταβάλλονται (π.χ. σε περίπτωση που εκτελούμε μια ποτενσιομετρική-πεχαμετρική ογκομέτρηση). 

Μίνι-πεχάμετρα (τύπου "στυλό": ηλεκτρόδια, ηλεκτρονικά,

ψηφιακή οθόνη, όλα ενσωματωμένα στο ίδιο σώμα).

Διάφορα στάδια της διαδικασίας κατασκευής των ηλεκτροδίων υάλου (περισσότερες λεπτομέρειες μπορείτε να βρείτε εδώ ή εδώ)

Διαδικασίες βαθμονόμησης "ενός" και "δύο" σημείων

[4] Αν οι μετρήσεις pH αφορούν δείγματα με αναμενόμενες τιμές pH σε στενή περιοχή (1-2 πεχαμετρικών μονάδων), είναι αρκετή η βαθμονόμηση με ένα πρότυπο ρυθμιστικό που βρίσκεται περίπου στο κέντρο της αναμενόμενης περιοχής. Βυθίζουμε το ηλεκτρόδιο στο πρότυπο και με το ποτενσιόμετρο "ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ (calibration)" ρυθμίζουμε την ένδειξη του πεχαμέτρου στην τιμή του ρυθμιστικού (βλέπε επόμενο σχήμα).

[5] Αν πρόκειται να κάνουμε μετρήσεις σε ευρεία περιοχή pH, τότε θα χρειαστούμε δύο πρότυπα ρυθμιστικά που να απέχουν μεταξύ τους τουλάχιστον 4-5 πεχαμετρικές μονάδες (τυπικά: pH 4 και pH 9), που καλό είναι να περιβάλλουν την αναμενόμενη περιοχή τιμών pH των δειγμάτων μας:

   (α) Με το "χαμηλό" ρυθμιστικό (π.χ. pH = 4,00) ρυθμίζουμε το ποτενσιόμετρο "ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ" (calibration), ώστε να πετύχουμε στην κλίμακα ένδειξη pH = 4,00.

   (β) Στη συνέχεια, με το "υψηλό" ρυθμιστικό (π.χ. pH = 9,00) ρυθμίζουμε το ποτενσιόμετρο "ΚΛΙΣΗ" ή "ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ" (slope ή temperature), ώστε να πετύχουμε στην κλίμακα ένδειξη pH = 9,00.

   (γ) Επαναλαμβάνουμε τα (α) και (β) γιατί αρχικά η μία ρύθμιση "χαλάει" την άλλη, μέχρις ότου διαπιστώσουμε ότι οι ενδείξεις έχουν σταθεροποιηθεί.

Το παρακάτω "κινούμενο" σχήμα δείχνει παραστατικά την προηγούμενη διαδικασία και φαίνεται καθαρά γιατί η μία ρύθμιση χαλάει την προηγούμενη, και πώς στο τέλος σταθεροποιείται η βαθμονόμηση. Στο σχήμα αυτό, για λόγους παρουσίασης, η αρχική απόκλιση μεταξύ της επιθυμητής και της πραγματικής απόκρισης δείχνεται εξαιρετικά μεγάλη. Στην πραγματικότητα είναι αρκετά πιο μικρή και 2-3 κύκλοι βαθμονόμησης είναι αρκετοί.