Osnovni princip mjerenja pH
Poznata i drevna metoda mjerenja nulte struje koja se koristi za određivanje procesa hemijskih reakcija je vjerovatno mjerenje pH vrijednosti. Općenito govoreći, pH mjerenje se koristi za određivanje kiselosti ili alkalnosti otopine. Čak i hemijski čista voda ima tragove disocijacije, a njena jonizaciona jednačina je: H2O H2O=H3O-OH - (1) Zbog činjenice da je samo veoma mala količina vode disocirana, molarna koncentracija joni su općenito negativni eksponent snage. Da bi se izbjegao korištenje negativnog eksponenta snage molarne koncentracije za proračune, biolog Sorensen je 1909. godine predložio da se ova nezgodna vrijednost zamijeni logaritmom i definira kao "pH vrijednost". Matematički, pH vrijednost je definirana kao negativni logaritam uobičajene koncentracije vodikovih jona. Odnosno, pH=jedan log [H]
(2) Zbog jake zavisnosti jonskog produkta od temperature, za pH vrednost kontrole procesa potrebno je istovremeno poznavati temperaturne karakteristike rastvora. Samo kada je izmjereni medij na istoj temperaturi može se uporediti njegova pH vrijednost. Kako bi se dobila ponovljiva pH vrijednost, za mjerenje pH koristi se potenciometrijska analiza. Elektroda koja se koristi u metodi analize potencijala naziva se primarna baterija. Napon ove baterije naziva se elektromotorna sila (EMF). Ova elektromotorna sila (EMF) se sastoji od dvije i po baterije. Jedna od polućelija naziva se mjerna elektroda, a njen potencijal je povezan sa specifičnom aktivnošću jona; Druga polovina ćelije je referentna polućelija, koja se obično naziva referentna elektroda, koja je obično povezana sa mjernom otopinom i povezana na industrijski pH metar. Standardna vodonična elektroda je referentna tačka za sva mjerenja potencijala. Standardna vodikova elektroda je platinasta žica koja je galvanizovana (prevučena) platina hloridom i okružena gasovitim vodonikom. Najpoznatija i najčešće korištena pH indikatorska elektroda je staklena elektroda. To je staklena cijev sa staklenim filmom osjetljivim na pH koji je naduvan na kraju. Epruveta je napunjena rastvorom KCI pufera koji sadrži zasićeni AgCI, sa pH vrijednošću od 7. Razlika potencijala koja postoji na obje strane staklenog filma i odražava pH vrijednost slijedi Nernstovu formulu: E=Eo. 1n [H3oq (3) n.] U formuli, E je potencijal; E je standardni napon elektrode; R je gasna konstanta; T je Kelvinova temperatura; F je Faradejeva konstanta; N je valencija izmjerenog jona; [HO] je aktivnost jona HO. Kao što se može vidjeti iz gornje jednadžbe, postoji određena veza između potencijala E i aktivnosti i temperature jona HO. Na određenoj temperaturi, mjerenjem potencijala E može se izračunati ln [HO] (pretvoren u log [HO] da bi se dobio pH), što je osnovni princip detekcije pH. U Nernstovoj formuli, temperatura igra značajnu ulogu kao varijabla. Kako temperatura raste, potencijalna vrijednost će se također povećati. Za svaki porast temperature za 1 stepen, to će uzrokovati potencijalnu promjenu od 0.2 mV/pH. Predstavljena pH vrijednosti, pH vrijednost varira za 0.0033 po LPH po I~C. To znači da za mjerenja oko 20-30 stepena i 7pH nema potrebe za kompenzacijom temperaturnih promjena; Za aplikacije sa temperaturama većim od 30 stepeni ili manjim od 20 stepeni i pH vrednostima većim od 8 ili manjim od 6, promene temperature se moraju kompenzovati.
