Измерение pH

Products

Solutions

Services

Измерение pH Практическое руководство по установке, эксплуатации, техническому обслуживанию и калибровке pH-электродов

2 Измерение pH

Содержание

Принцип измерения pH

3

Цифровая технология Memosens

4-5

Установка pH-электрода

6

Очистка pH-электрода

7

Калибровка pH-электрода

8

Хранение и восстановление pH-электрода

9

Часто задаваемые вопросы

10-11

Принцип измерения

3

Принцип измерения pH

Измерение pH — это измерение кислотности или щелочности жидкости, которое используется в самых разных областях, например, для контроля качества продукта, управления процессами и контроля состава стоков. В случае обычных стеклянных электродов измерения выполняются с по- мощью специальной чувствительной к pH стеклянной мембраны (гелевого слоя): ее поверхность реагирует на содержание ионов водорода (H + ) в измеряемом растворе. При этом электрод сравнения, имея электрический контакт со средой посредством диафрагмы, обеспечивает стабильное опор- ное напряжение в измерительной цепи, что создает разницу потенциалов, регистрируемую вторичным преобразователем.

Преобразователь pH

H +

Внутренний буфер pH7

Измерительный электрод

Электрод сравнения

H +

H +

Cl -

H +

H +

H +

H +

Cl -

H +

Cl -

Стекляннаямембрана

Среда

Среда

H +

H +

Принцип измерения pH

Мембрана стеклянного pH-электрода

Помимо использования стеклянной мембраны, значение pH также можно измерить с помощью ионоселектив- ного полевого транзистора (ISFET). В этом случае чувствительная часть электрода представляет собой транзи- стор с источником и приемником тока, которые изолированы от заслонки. Ионы водорода на этой заслонке вы- зывают поток через транзистор, и воз- никшее напряжение измеряется так же, как и в стеклянных электродах.

Среда

Cl -

Cl -

Cl -

Cl -

Cl -

H + H + H +

Внутренний буфер pH7

Как работает электрод IsFET

Шкала pH от 0 до 14 в повседневной жизни

Пищевая сода

Раствор аммиака

Дистиллированная вода

Желудочный сок

Апельсиновый сок

Черный кофе

Отбеливатель

КИСЛЫЕ

НЕЙТРАЛЬНЫЕ

ЩЕЛОЧНЫЕ

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

4 Измерение pH

Memosens — забудьте о попадании влаги

Датчики с цифровой технологией Memosens подтвердили свою эффективность и применяются на десятках тысяч предприятий по всему миру. Их бесконтактное индуктивно связанное соединение полностью решает проблему попадания влаги и искажения результатов измерений.

Цифровые pH-электроды Memosens Все данные о калибровке и операциях хранятся в памяти датчика. Это дает возможность выполнять калибровку в автономном режиме вне процесса и в контролируемых условиях, например, в лаборатории или в цехе КИП. Это упрощает процесс обслуживания и максимально продлевает срок служ- бы электродов, поскольку столь важные процессы можно выполнять более эффективно и без временных ограничений. Кроме того, поочередное ис- пользование двух или трех электродов в каждой точке измерения позволяет полностью восстанавливать их. Когда электроду требуются очистка и калибровка, его можно легко за- менить другим электродом, уже откалиброванным и готовым к использо- ванию. Загрязненный электрод необходимо вернуть в зону технического обслуживания, где будут выполнены его очистка и восстановление. Опрос электродов Memosens позволяет получать информацию о времени и условиях работы электрода. Для профилактического техобслуживания чрезвычайно важны дополнительные данные калибровки, например, разность значений крутизны, нулевая точка и количество стерилизаций, если они проводились. В результате срок службы датчиков Memosens увеличивается на 30% по сравнению с традиционными аналоговыми датчиками, что означает для предприятия значительную экономию времени и затрат.

Цифровая технология Memosens

5

Memobase Plus: измерение, калибровка, регистрация Устройство Memobase Plus позволяет выполнять измерение и калибровку нескольких электродов одновременно в контролируемой среде с использо- ванием ноутбука или ПК. Это упрощает и оптимизирует процессы техниче- ского обслуживания и калибровки, которые становятся полностью прозрач- ными и легко документируются. За счет подключения датчиков к ПК через USB-порт Memobase Plus пре- вращает компьютер в эффективную станцию для калибровки и измерений. Одновременно можно использовать до четырех датчиков в любой комби- нации. Memobase Plus – это простое и интуитивно понятное ПО, которое автоматически идентифицирует датчики и дает пользователю подсказки в процессе калибровки и технического обслуживания. Оно соответствует тре- бованиям FDA 21 CFR, часть 11, и идеально подходит для использования в биохимической отрасли, где высок уровень контроля и существует большое количество нормативных документов.

Memocheck: тестирование точек измерения • Устройство сервисной диагностики Memocheck: обеспе- чение быстрого и простого тестирования измерительной цепи. Его также можно использовать на месте эксплуатации для устранения неисправностей уже работающей системы, а именно для определения возможных причин ошибок. • Устройство профессиональной диагностики Memocheck Plus: выполнение проверки данных процесса независимо от датчика и гарантия достоверности результатов измерений. • Устройство профессиональной и сервисной диагности- ки Memocheck Sim: выполнение проверки по нескольким параметрам с помощью одного портативного прибора.

6 Установка

Установка pH-электрода

Выбор установочной арматуры чрезвычайно важен для обеспечения качества измерений pH. Если установка в перевернутом положении не была специально предусмотрена, угол наклона электрода должен быть не менее 15° относительно горизонтальной плоскости.

A

15°

15°

B

A = допустимый угол, B = недопустимый вариант установки

Стандартные варианты установки арматуры pH-электродов

Во избежание повреждения хрупкого стеклянного электрода очень важно правильно его установить. В конструк- ции электродов Endress+Hauser резьба датчика находится на свободно вращаю- щейся головке. Это позволяет электроду оставаться неподвижным при вращении части головки с резьбой, когда она вкру- чивается в арматуру – таким же образом электрод и демонтируется. Поворот головки электрода целиком во время установки или демонтажа элек- трода может привести к его поврежде- нию. Если внутри арматуры находятся уплотнительные кольца, следует соблюдать особую осторожность.

Осторожно поверните только резьбовую часть!

Очистка

7

Очистка pH-электрода

Выбор чистящего раствора Выбор чистящего раствора зависит от измеряемой среды, в которой используется электрод (обычной воды для очистки, как правило, недостаточно). Смешанная пленка • Тщательно промойте чистой водой, высушите и погрузите в 5%-ный рас- твор HCl на 15 минут. • Тщательно промойте чистой водой и насухо промокните мягкой тканью. • Погрузите электрод в 3M раствор KCl не менее чем на 1 час, после чего вы- полните калибровку. Неорганическая пленка • Тщательно промойте чистой водой, высушите и погрузите в 0,1M раствор ЭДТА максимум на 15 минут. • Тщательно промойте чистой водой и насухо промокните мягкой тканью. • Погрузите электрод в 3M раствор KCl не менее чем на 1 час, после чего вы- полните калибровку. Белковая пленка • Тщательно промойте чистой водой, высушите и погрузите в 5%-ный рас- твор HCl на 15 минут (или в раствор HCl 0,1 моль и 0,1% пепсина). • Тщательно промойте чистой водой и насухо промокните мягкой тканью. • Погрузите электрод в 3M раствор KCl не менее чем на 1 час, после чего вы- полните калибровку. Пленка из смазки и/или масла • Промойте с использованием моющего средства или раствора этанола. • Тщательно промойте чистой водой и насухо промокните мягкой тканью. • Погрузите электрод в 3M раствор KCl не менее чем на 1 час, после чего вы- полните калибровку. Пленка/блокировка из сульфида серебра • Погрузите в 0,1М раствор тиомочевины на 15 минут, промойте чистой водой и протрите мягкой тканью. Рекомендации Удалить стойкие отложения можно с использованием перекиси водорода или гипохлорита натрия. Электрод необходимо подвергать регулярной очистке (в зависимости от области применения), в частности, всегда очищать его перед калибровкой. Покрытие на мембране и/или диафрагме (контрольном спае) может мешать надлежащей калибровке и эксплуатации pH-электрода.

8 Калибровка

Калибровка pH-электрода

После надлежащей очистки и восстановления pH-электрода можно переходить к калибровке. Выполните калибровку, следуя инструкциям к преобразователю, с помощью выбора подходящих буферов pH (как правило, в соответствии с диа- пазоном измерения). Обычно калибровка выполняется по двум точкам. Очень важно правильно хранить буферные растворы pH, – в герметичных емкостях и с учетом условий окружающей среды, а также избегать их за- грязнения. В период между использованием буферов электрод следует очи- щать с использованием чистой воды и насухо промакивать мягкой тканью. В идеале калибровка должна выполняться в контролируемых условиях. Извлечение датчика из высокотемпературного процесса с последующей немедленной калибровкой может привести к ошибке, поскольку датчику температуры требуется стабилизация. Оптимальная крутизна для исправного нового pH-электрода – -59,2 мВ/ pH. По мере износа электрода в процессе использования значение крутизны постепенно снижается. Значение для срабатывания аварийного сигнала по умолчанию составляет -55 мВ/pH для преобразователей Endress+Hauser. Электроды подлежат списанию, если значение крутизны опускается ниже 85% (-50 мВ/pH), а попытки очистки и восстановления не приносят результата.

Хранение и восстановление

9

Хранение и восстановление pH-электрода

Хранение pH-электрода pH-электроды поставляются в увлажненном виде, например, с резиновой крышкой, которая наполнена 3М раствором KCl и обеспечивает влажность мембраны и диафрагмы. Не выбрасывайте резиновые крышки, поскольку их можно повторно использовать для краткосрочного хранения. В случае правильного хранения (с использованием защитной крышки с электролитом) в соответствии с условиями окружающей среды срок хране- ния pH-электродов может составлять около 18 месяцев. При этом хранение не скажется на работе датчиков. Примечание. Не допускайте высыхания мембраны и диафрагмы! Пери- одические короткие контакты с воздухом неизбежны, но их продолжи- тельность должна быть сведена к минимуму. Регидратация pH-электрода Стеклянная мембрана pH-электрода похожа на контактную линзу. Поэтому необходимо поддерживать ее в увлажненном состоянии, сохраняя гелевый слой, который играет важную роль в процессе измерений. Если pH-электрод высохнет в процессе использования или во время хра- нения, погрузите его в 3M раствор KCl на 24 часа (или по крайней мере на ночь) или в 3M раствор KCl при 60°C на 6 часов. Если pH-электрод остается сухим в течение продолжительного времени, его восстановление может оказаться невозможным. Также важно учесть, что даже после восстановления срок службы датчика может сократиться. Во из- бежание этой проблемы в электродах Memosens от Endress+Hauser реализо- ван аварийный сигнал импеданса стеклянной мембраны. Реактивация стеклянной мембраны Физическое или химическое повреждение стеклянной мембраны может привести к медленному срабатыванию электрода. Чтобы “протравить” тон- кий слой и реактивировать мембрану, можно использовать 10%-ный раствор фторида аммония для получения слабого раствора плавиковой кислоты. • Погрузите только стеклянный пузырек pH-электрода в раствор на 60 секунд, а затем сразу опустите его в 5M раствор HCl для нейтрализации сильной щелочи. • Тщательно промойте электрод водой и поместите измерительную часть в 3M раствор KCl на ночь, а затем снова промойте и выполните калибровку.

10 Измерение pH

Часто задаваемые вопросы об измерении pH

Какой должна быть крутизна pH-электрода? Теоретическая крутизна полнофункционального pH-электрода составляет ‑59,16 мВ/pH. Минимальная допустимая крутизна зависит от критичности измерений. Если значение крутизны опускается ниже 50 мВ, электроды должны быть утилизированы. Как долго служит pH-электрод? Это зависит от процесса, в котором используется электрод. Любые тяжелые условия в области применения (например, экстремальные значения pH и/ или температуры, присутствие агрессивных реагентов, ионов ядовитых веществ и/или абразивных веществ, высокий расход) могут повлиять на срок службы датчика. Как часто следует выполнять очистку и калибровку pH-электрода? Как долго можно использовать буферные растворы? Открытые бутыли с буфером подлежат утилизации через шесть месяцев. Качество щелочных буферов может снижаться быстрее, поскольку они поглощают CO 2 из воздуха. Никогда не используйте буферные растворы повторно. Всегда храните буферы в надлежащих условиях – в герметичных бутылях в соответствии с условиями окружающей среды. Что делать, если не удается выполнить калибровку pH-электрода? Убедитесь в том, что электрод был очищен правильно. Оставьте его в 3М растворе KCl, лучше всего на ночь, чтобы обеспечить полную регидратацию и восстановление, а затем повторите калибровку. Убедитесь в том, что буферы хранились правильно и не были загрязнены. Если эти действия не приносят результата, может потребоваться замена электрода. Почему температура столь важна при измерении pH? Зависимость между значением рН и температурой не является линейной. Влияние температуры на pH зависит от матрицы конкретного процесса. Например, pH процесса при 15°C и 80°C будет отличаться. Эта разница будет более выраженной в щелочных средах. Это также зависит от процесса. Важно выбрать режим, соответствующий конкретной области применения. Например, отслеживание разности значений крутизны (между последней и предыдущей калибровками) позволяет оценить, следует ли повысить частоту калибровок.

Часто задаваемые вопросы

11

Как следует хранить датчик pH, когда он не используется? Электроды должны храниться в увлажненном виде! Используйте электролиты, буферный раствор pH4 или водопроводную воду, но не деионизированную воду. Можно ли установить датчик pH в перевернутом положении? Нет. Чаще всего внутри датчиков используются жидкие электролиты. Если угол относительно горизонтали будет меньше 15°, в стеклянном пузырьке электрода могут образовываться воздушные карманы. Если требуется установить датчик в перевернутом положении, следует использовать подходящий для этого электрод, например Ceragel CPS71D (исполнение TU) или Ceramax CPS341D. Какой должна быть скорость потока? Как правило, около 2–3 м/с (или меньше в случае низкой проводимости). Почему для измерения pH важна проводимость? Очень низкая проводимость (менее 50 мкСм/см) может стать причиной возникновения феномена, который называется потенциалом жидкостного соединения. Он обусловлен очень низкой ионной силой измеряемой среды относительно высокой концентрации ионов в электролите. Для минимизации этого явления необходим специальный электрод с микроистечением электролита.

Ceramax CPS341D

Контактная информация ООО “Эндресс+Хаузер” Варшавское шоссе, д. 35, стр. 1, 117105, Москва, Россия

Официальный канал Endress+Hauser на YouTube http://www.youtube.com/EndressHauserAG

Тел. +7 495 783 28 50 Факс +7 495 783 28 55 info@ru.endress.com www.ru.endress.com

PU01052C/53/RU/01.14

Полный перечень брошюр в электронном виде http://endress.cld.bz/