Nguyên lý cơ bản của phép đo pH
Phương pháp đo dòng điện bằng 0 quen thuộc và cổ xưa được sử dụng để xác định các quá trình phản ứng hóa học có lẽ là đo pH. Nói chung, phép đo pH được sử dụng để xác định độ axit hoặc độ kiềm của dung dịch. Ngay cả nước tinh khiết về mặt hóa học cũng có một lượng phân ly nhất định và phương trình ion hóa của nó là: H2O H2O=H3O-OH - (1) Do chỉ một lượng rất nhỏ nước bị phân ly nên nồng độ mol của các ion nói chung là số mũ công suất âm. Để tránh sử dụng lũy thừa âm của nồng độ mol để tính toán, nhà sinh vật học Sorensen đã đề xuất vào năm 1909 thay thế giá trị bất tiện này bằng logarit và định nghĩa nó là "giá trị pH". Về mặt toán học, giá trị pH được định nghĩa là logarit âm của nồng độ ion hydro thường được sử dụng. Tức là pH=một log [H]
(2) Do sản phẩm ion phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ nên đối với giá trị pH điều khiển quá trình cần phải biết đồng thời các đặc tính nhiệt độ của dung dịch. Chỉ khi môi trường đo ở cùng nhiệt độ thì mới có thể so sánh giá trị pH của nó. Để có được giá trị pH có thể lặp lại, phân tích điện thế được sử dụng để đo pH. Điện cực được sử dụng trong phương pháp phân tích điện thế được gọi là pin sơ cấp. Điện áp của pin này được gọi là suất điện động (EMF). Sức điện động này (EMF) bao gồm hai pin rưỡi. Một trong một nửa tế bào được gọi là điện cực đo và điện thế của nó liên quan đến hoạt động của ion cụ thể; Nửa cell còn lại là nửa cell tham chiếu, thường được gọi là điện cực tham chiếu, thường được kết nối với dung dịch đo và kết nối với máy đo pH công nghiệp. Điện cực hydro tiêu chuẩn là điểm tham chiếu cho tất cả các phép đo điện thế. Điện cực hydro tiêu chuẩn là một dây bạch kim được mạ điện (phủ) bạch kim clorua và được bao quanh bởi khí hydro. Điện cực chỉ thị pH quen thuộc và được sử dụng phổ biến nhất là điện cực thủy tinh. Đó là một ống thủy tinh có màng thủy tinh nhạy cảm với độ pH được thổi ở cuối. Ống chứa đầy dung dịch đệm KCI chứa AgCI bão hòa, có giá trị pH là 7. Hiệu điện thế tồn tại ở cả hai mặt của màng thủy tinh và phản ánh giá trị pH tuân theo công thức Nernst: E=Eo. 1n [H3oq (3) n.] Trong công thức, E là thế năng; E là điện áp tiêu chuẩn của điện cực; R là hằng số khí; T là nhiệt độ Kelvin; F là hằng số Faraday; N là hóa trị của ion đo được; [HO] là hoạt độ của ion HO. Như có thể thấy từ phương trình trên, có một mối quan hệ nhất định giữa điện thế E với hoạt độ và nhiệt độ của các ion HO. Ở một nhiệt độ nhất định, đo điện thế E có thể tính toán ln [HO] (chuyển đổi thành log [HO] để thu được pH), đây là nguyên tắc cơ bản của việc phát hiện pH. Trong công thức Nernst, nhiệt độ đóng vai trò quan trọng như một biến số. Khi nhiệt độ tăng lên, giá trị tiềm năng cũng sẽ tăng lên. Nhiệt độ cứ tăng thêm 1 độ thì sẽ gây ra sự thay đổi điện thế là 0,2 mV/pH. Được biểu thị bằng giá trị pH, giá trị pH thay đổi theo 0,0033 trên LPH trên I~C. Điều này có nghĩa là đối với các phép đo ở khoảng 20-30 độ và 7pH, không cần phải bù cho những thay đổi về nhiệt độ; Đối với các ứng dụng có nhiệt độ lớn hơn 30 độ hoặc nhỏ hơn 20 độ và giá trị pH lớn hơn 8 hoặc nhỏ hơn 6, sự thay đổi nhiệt độ phải được bù đắp.
