Présentation des pH-mètres et des électrodes de pH
Étant donné que la mesure précise des valeurs de pH de solutions ou de substances spécifiques est une variable essentielle dans de nombreuses situations, les pH-mètres sont des instruments couramment utilisés dans de nombreuses applications industrielles. Un pH-mètre est un appareil électrique qui mesure l'activité des ions hydrogène (acidité ou alcalinité) dans une solution, qui est finalement exprimée sous forme de valeur de pH. Il se compose d'un voltmètre connecté à une électrode de mesure du pH et à une électrode de référence.
Qu'est-ce qu'une électrode de pH ?
Les électrodes de pH, qui sont des capteurs analytiques, sont utilisées pour mesurer le potentiel de l'hydrogène (pH), ou le logarithme négatif de l'activité des ions hydrogène, dans une solution. La technologie derrière les électrodes de pH n'a pas beaucoup changé au cours des cinquante dernières années, mais la fabrication des électrodes de pH reste un art. Les électrodes de pH sont fabriquées à partir d'un verre de composition spéciale capable de détecter la concentration en ions hydrogène. Le corps en verre spécial d'une électrode est soufflé par des souffleurs de verre pour obtenir sa configuration. Il ne s'agit pas d'un processus particulièrement avancé ou « high-tech », mais néanmoins d'une étape très critique et importante dans la fabrication des électrodes de pH.
Combination pH Electrodes
Dans une électrode de pH combinée, qui est le type d'électrode le plus largement utilisé, l'électrode de mesure du pH et la référence sont logées dans un seul boîtier. Le potentiel généré au point de jonction de la partie de mesure est dû aux ions hydrogène libres présents dans une solution particulière. Le potentiel de la partie de référence est produit par l'élément interne en contact avec la solution de remplissage de référence, et ce potentiel est toujours constant. Avec une électrode de pH combinée, l'électrode de mesure délivre une tension variable et l'électrode de référence délivre une tension constante au compteur. Le signal de tension produit par l'électrode de pH est un signal très faible et à haute impédance. L'impédance d'entrée nécessite qu'elle soit interfacée uniquement avec des équipements dotés de circuits à haute impédance. L'impédance d'entrée obligatoire est supérieure à 1013 ohms, ce qui explique pourquoi les électrodes de pH ne s'interfacent pas directement avec tous les équipements.
Électrodes de pH combinées à corps en verre et rechargeables
Les électrodes de pH combinées sont disponibles dans une grande variété de modèles pour les applications en laboratoire et industrielles. Toutes sont composées de verre et sont donc susceptibles de se briser. Les électrodes sont conçues pour mesurer principalement des milieux aqueux. Elles ne sont pas conçues pour être utilisées dans des solvants, tels que le CC14, qui ne contiennent pas d'ions hydrogène libres.
En raison de sa nature, il est essentiel qu'une électrode de pH soit toujours maintenue humide. Pour fonctionner correctement, le corps en verre d'une électrode de pH doit être hydraté, ce qui est obligatoire pour que le processus d'échange d'ions puisse avoir lieu. Si une électrode venait à sécher, il est préférable de la placer dans de l'eau du robinet pendant une demi-heure afin de conditionner le verre.
Les électrodes de pH combinées fonctionnent comme des batteries : elles s'usent avec le temps et l'utilisation. À mesure qu'une électrode vieillit, son corps en verre change de résistance. Ce changement de résistance modifie le potentiel de l'électrode, c'est pourquoi les électrodes doivent être calibrées régulièrement. L'étalonnage dans une solution tampon de pH corrige ce changement. L'étalonnage de tout équipement de pH doit toujours commencer avec un tampon 7,0, car il s'agit du « point zéro ». L'échelle de pH a une échelle mV équivalente. L'échelle mV va de +420 à -420 mV. À un pH de 7,0, la valeur mV est de 0. Chaque changement de pH correspond à un changement de +/- 60 mV. À mesure que les valeurs de pH deviennent plus acides, les valeurs mV augmentent. Par exemple, un pH de 4,0 correspond à une valeur de 180 mV. À mesure que les valeurs de pH deviennent plus basiques, les valeurs mV deviennent plus négatives ; un pH = 9 correspond à -120 mV. Un double étalonnage à l'aide de tampons 4,0 ou 10,0 offre une plus grande précision du système.
Comment une électrode de pH combinée surveille-t-elle le pH ? How Does a Combination pH Electrode Monitor pH?
Les électrodes de pH combinées sont conçues pour permettre aux ions hydrogène de la solution de passer à travers une barrière sélective, générant une différence de tension mesurable entre l'électrode de mesure du pH et l'électrode de référence qui est proportionnelle au niveau de pH de la solution. Par exemple, à un niveau de pH de sept, qui est neutre, les électrodes produiront zéro volt entre elles. À un niveau de pH inférieur, acide, une tension d'une polarité sera développée. À un niveau de pH élevé, caustique/alcalin, une tension de polarité opposée sera développée.
pH Meters
Pour surveiller les niveaux de pH dans une application industrielle, l'électrode de pH combinée est connectée à un pH-mètre, qui est essentiellement un amplificateur à haute impédance qui mesure avec précision les tensions de l'électrode et affiche les résultats directement en unités de pH sur un écran d'affichage numérique.
PH-mètre/mV-mètre portable Entretien des électrodes de pH combinées
Le site de jonction d'une électrode de pH peut être obstrué par des particules présentes dans la solution et peut également faciliter l'empoisonnement par les ions métalliques présents dans la solution. Si vous soupçonnez une obstruction de la jonction, il est préférable de tremper l'électrode dans de l'eau chaude du robinet afin de dissoudre les particules et de dégager la jonction. Les électrodes de pH doivent toujours être conservées dans un état humide. Lorsqu'elle n'est pas utilisée, il est préférable de stocker l'électrode dans une solution acide telle qu'un tampon 4,0. Ne stockez jamais une électrode dans de l'eau distillée ou déionisée, car cela provoquerait la migration de la solution de remplissage hors de l'électrode. Les électrodes de pH ont une durée de vie limitée en raison de leurs propriétés intrinsèques. La durée de vie d'une électrode de pH dépend de la façon dont elle est entretenue et des solutions qu'elle est utilisée pour mesurer. En général, une électrode de pH combinée remplie de gel a une durée de vie de six mois à un an, selon l'entretien et l'application. Même si une électrode est non utilisée, elle vieillit quand même. Sur l'étagère, l'électrode devrait durer environ un an si elle est conservée dans un état humide. La détérioration d'une électrode se caractérise généralement par une réponse lente, des lectures erratiques ou une lecture qui ne change pas. Lors de la détérioration, l'électrode ne peut plus être étalonnée. Les électrodes de pH sont fragiles et ont une durée de vie limitée. La durée de vie d'une électrode dépend de la qualité de l'entretien de la sonde et de l'application : plus le système est agressif, plus la durée de vie est courte. C'est pourquoi il est toujours judicieux d'avoir une électrode de rechange à portée de main afin d'éviter tout temps d'arrêt du système. L'étalonnage est également un élément important de l'entretien des électrodes. Il permet non seulement de s'assurer que l'électrode fonctionne correctement, mais aussi que le système fonctionne correctement.
