Il phmetro e la scelta dell'elettrodo
Nella scelta di acquisto di un phmetro risulta fondamentale la valutazione del relativo elettrodo da abbinare allo strumento di misurazione del ph. Escludendo i phmetri tascabili , la cui configurazione li rende idonei
a misurazioni generiche di ph , i phmetri da banco o phmetri portatili per laboratorio consentono all'utilizzatore di configurare il phmetro con una serie di elettrodi in base alle effettive necessità. Risulta quindi che
la cosa più importante di un phmetro è certamente la scelta dell'elettrodo. Ma com'è fatto un elettrodo e cosa bisogna considerare :
L'elettrodo pH è un sistema costituito da una parte sensibile, di misura detta semicella o elettrodo singolo pH, il cui potenziale varia in modo proporzionale all'attività degli ioni idrogeno H+, ed una parte di controllo,
nota come semicella od elettrodo di riferimento, dotata di un potenziale stabile e costante.
La maggior parte degli elettrodi odierni sono compatti, robusti e semplici da utilizzare.
La tecnologia ha racchiuso le due semicelle di misura e di riferimento in un unico elemento detto elettrodo combinato.
Nell'elettrodo combinato, l'elettrodo singolo pH si trova all'interno dell'elettrodo di riferimento. L'elettrolita di riferimento mantiene il contatto elettrico con la soluzione campione per mezzo di un diaframma poroso.
Per scegliere un elettrodo bisogna tenere conto della natura dei campioni in cui si eseguono le misure, e quindi selezionare il tipo idoneo in base alle sue caratteristiche tecniche.
Caratteristiche tecniche degli elettrodi: corpo, forma, giunzione, giunzione di riferimento, elettrolita, connettore
Corpo: in vetro, epossidico o in Kynar®
Il corpo in vetro è la miglior soluzione per la misura del pH: facile da pulire, sopporta temperature elevate.
Il corpo epossidico rende l'elettrodo quasi indistruttibile, ideale per misure in campo.
Il Kynar® è un materiale atossico, consigliato in particolar modo nel settore alimentare, dove le misure di pH sono effettuate direttamente su campioni di derrate e prodotti alimentari in fase di lavorazione.
Giunzione porosa (o diaframma)
La giunzione ceramica singola consente una ridotta fuoriuscita di elettrolita (15-20 µl/h), idonea per usi generali in soluzioni acquose.
La giunzione ceramica tripla, con un flusso di uscita più elevato (40-55 µl/h), rende meno sensibile il sistema di riferimento alla contaminazione dell'elettrodo;
adatta per gli usi continui in soluzioni con emulsioni, proteine ed in applicazioni industriali.
La giunzione aperta o libera garantisce un elevato contatto con il campione di misura.
Elettrodi con questa giunzione sono particolarmente raccomandati per applicazioni nelle industrie alimentari.
Punta dell'elettrodo
Le principali configurazioni sono: a sfera, conica, piatta, con dimensioni diverse per consentire di scegliere l'elettrodo più opportuno per misure in beaker, matracci o addirittura in fiale o microfiale.
Punta a sfera: è consigliata per gli usi generali in soluzioni acquose o comunque liquide. L'estremità a sfera consente di avere un'ampia superficie di contatto con il campione di misura.
Punta conica: molto adatta per misure in prodotti semisolidi, emulsioni, formaggi, carni ed alimenti in genere.
Punta piatta: ideale per superfici, per misure dirette su cute, pelli, carta, etc.
Elettrolita di riferimento
La soluzione di riferimento può essere liquida o in gel.
Quando è liquida è possibile ricaricare l'elettrodo e ripristinare il livello nella semicella di riferimento. In genere è una soluzione con 3,5 M KCl, 3,5M KCL+AgCl o se necessario elettrolita libero da cloruri KNO3.
L'elettrolita gelificato non deve essere ricaricato, ha durata elevata, ridotto inquinamento con l'ambiente esterno. È ideale per applicazioni critiche ed in ambienti industriali.
Giunzione di riferimento
Gli elettrodi pH possono avere giunzione singola o doppia.
Singola giunzione: con tale denominazione si indicano la maggior parte degli elettrodi convenzionali, aventi la semicella di riferimento in comunicazione diretta con l'esterno. Tale comunicazione avviene attraverso la giunzione ceramica.
Doppia giunzione: la semicella di riferimento oltre a contenere quella di misura, ha all'interno un'ulteriore camera dove è posto l'elemento di riferimento. Le 2 semicelle sono in comunicazione fra loro tramite una giunzione interna. Tale separazione permette una maggior durata dell'elettrodo, minor inquinamento, otturazione ridotta.
Connettore dell'elettrodo
Il connettore più comunemente utilizzato è il BNC, ma diverse case produttrici utilizzano altri tipi quali DIN, US standard, ecc.
Per la corrispondenza fra i modelli di elettrodi e la loro applicazione, vedere la scheda sottostante : Come scegliere un elettrodo pH per applicazioni di laboratorio.
Verifica dell'elettrodo pH
Per verificare lo stato di un elettrodo (ad esempio quando non si riesce a ricalibrare un pHmetro ) si procede nel seguente modo.
Ci si deve munire di un pHmetro con misura in mV, di una soluzione tampone a pH 7.01 e di una a pH 4.01.
Controllare la data di scadenza delle soluzioni, che devono essere fresche e non contaminate.
Si immerge l'elettrodo nella soluzione a pH 7.01 e si seleziona la lettura in mV.
Si attende qualche secondo e si prende nota del valore visualizzato, ad esempio -20 mV. Questo è detto valore di offset. Per essere accettabile, il valore di offset deve di norma trovarsi fra -30 e +30 mV.
Si immerge poi l'elettrodo nella soluzione a pH 4.01, si attende e si prende nota della lettura in mV, ad esempio 160 mV.
Si calcola ora la differenza algebrica fra il secondo valore ottenuto ed il valore di offset. Nel nostro caso ad esempio:
+160 -(-20 ) = 180 mV
Questo è detto valore di slope. Il valore di slope ottenuto deve essere maggiore di 150 mV affinchè sia possibile eseguire correttamente la calibrazione pH.
Se si riscontrano valori diversi l'elettrodo è esaurito e deve essere sostituito.
EFFETTO TEMPERATURA nell'uso del phmetro
La temperatura influenza il pH della soluzione da misurare e la differenza di potenziale generato dall’elettrodo. Come varia il pH della soluzione al variare della temperatura non possiamo saperlo, pertanto e importante specificare il valore della temperatura alla quale è stata effettuata la misura. Per compensare come varia la differenza di potenziale dell’elettrodo al variare della temperatura è sufficiente utilizzare un compensatore automatico di temperatura (PT 100 o altro) collegato al pHmetro.
Schema di un elettrodo
CONSERVAZIONE DI UN ELETTRODO
Quando l’elettrodo non è in uso, va conservato nell’elettrolita di riferimento e il foro di rabbocco dell’elettrolita può restare chiuso. Gli elettrodi non devono essere conservati per lungo tempo in acqua distillata.
PULIZIA DI UN ELETTRODO
Bisogna mantenere pulita la membrana ed il diaframma di un elettrodo per evitare tempi di risposta lunghi. Per rimuovere residui di oli, grassi e sostanze organiche si raccomanda di lavare con sapone e acqua tiepida. Per le proteine: immergere per almeno un’ora in una soluzione di pepsina e HCl. Ogni volta che l’elettrodo viene pulito è meglio ricondizionarlo per almeno un’ora nell’elettrolita di riferimento. Ricalibrare prima di effettuare una nuova misura.
LA VITA DI UN ELETTRODO
Tutti gli elettrodi per pH sono soggetti all’invecchiamento. Questo si manifesta automaticamente con un calo graduale nell’efficienza di misura: lunghi tempi di risposta, riduzione della pendenza e scostamento dal punto zero; queste alterazioni dipendono molto dalle condizioni di misura, dalla manutenzione e dalla temperatura del campione. Generalmente il tempo di vita può variare da uno a tre anni per misure a temperatura ambiente ed alcuni mesi per misure in campioni a 90°C in continuo.
a misurazioni generiche di ph , i phmetri da banco o phmetri portatili per laboratorio consentono all'utilizzatore di configurare il phmetro con una serie di elettrodi in base alle effettive necessità. Risulta quindi che
la cosa più importante di un phmetro è certamente la scelta dell'elettrodo. Ma com'è fatto un elettrodo e cosa bisogna considerare :
L'elettrodo pH è un sistema costituito da una parte sensibile, di misura detta semicella o elettrodo singolo pH, il cui potenziale varia in modo proporzionale all'attività degli ioni idrogeno H+, ed una parte di controllo,
nota come semicella od elettrodo di riferimento, dotata di un potenziale stabile e costante.
La maggior parte degli elettrodi odierni sono compatti, robusti e semplici da utilizzare.
La tecnologia ha racchiuso le due semicelle di misura e di riferimento in un unico elemento detto elettrodo combinato.
Nell'elettrodo combinato, l'elettrodo singolo pH si trova all'interno dell'elettrodo di riferimento. L'elettrolita di riferimento mantiene il contatto elettrico con la soluzione campione per mezzo di un diaframma poroso.
Per scegliere un elettrodo bisogna tenere conto della natura dei campioni in cui si eseguono le misure, e quindi selezionare il tipo idoneo in base alle sue caratteristiche tecniche.
Caratteristiche tecniche degli elettrodi: corpo, forma, giunzione, giunzione di riferimento, elettrolita, connettore
Corpo: in vetro, epossidico o in Kynar®
Il corpo in vetro è la miglior soluzione per la misura del pH: facile da pulire, sopporta temperature elevate.
Il corpo epossidico rende l'elettrodo quasi indistruttibile, ideale per misure in campo.
Il Kynar® è un materiale atossico, consigliato in particolar modo nel settore alimentare, dove le misure di pH sono effettuate direttamente su campioni di derrate e prodotti alimentari in fase di lavorazione.
Giunzione porosa (o diaframma)
La giunzione ceramica singola consente una ridotta fuoriuscita di elettrolita (15-20 µl/h), idonea per usi generali in soluzioni acquose.
La giunzione ceramica tripla, con un flusso di uscita più elevato (40-55 µl/h), rende meno sensibile il sistema di riferimento alla contaminazione dell'elettrodo;
adatta per gli usi continui in soluzioni con emulsioni, proteine ed in applicazioni industriali.
La giunzione aperta o libera garantisce un elevato contatto con il campione di misura.
Elettrodi con questa giunzione sono particolarmente raccomandati per applicazioni nelle industrie alimentari.
Punta dell'elettrodo
Le principali configurazioni sono: a sfera, conica, piatta, con dimensioni diverse per consentire di scegliere l'elettrodo più opportuno per misure in beaker, matracci o addirittura in fiale o microfiale.
Punta a sfera: è consigliata per gli usi generali in soluzioni acquose o comunque liquide. L'estremità a sfera consente di avere un'ampia superficie di contatto con il campione di misura.
Punta conica: molto adatta per misure in prodotti semisolidi, emulsioni, formaggi, carni ed alimenti in genere.
Punta piatta: ideale per superfici, per misure dirette su cute, pelli, carta, etc.
Elettrolita di riferimento
La soluzione di riferimento può essere liquida o in gel.
Quando è liquida è possibile ricaricare l'elettrodo e ripristinare il livello nella semicella di riferimento. In genere è una soluzione con 3,5 M KCl, 3,5M KCL+AgCl o se necessario elettrolita libero da cloruri KNO3.
L'elettrolita gelificato non deve essere ricaricato, ha durata elevata, ridotto inquinamento con l'ambiente esterno. È ideale per applicazioni critiche ed in ambienti industriali.
Giunzione di riferimento
Gli elettrodi pH possono avere giunzione singola o doppia.
Singola giunzione: con tale denominazione si indicano la maggior parte degli elettrodi convenzionali, aventi la semicella di riferimento in comunicazione diretta con l'esterno. Tale comunicazione avviene attraverso la giunzione ceramica.
Doppia giunzione: la semicella di riferimento oltre a contenere quella di misura, ha all'interno un'ulteriore camera dove è posto l'elemento di riferimento. Le 2 semicelle sono in comunicazione fra loro tramite una giunzione interna. Tale separazione permette una maggior durata dell'elettrodo, minor inquinamento, otturazione ridotta.
Connettore dell'elettrodo
Il connettore più comunemente utilizzato è il BNC, ma diverse case produttrici utilizzano altri tipi quali DIN, US standard, ecc.
Per la corrispondenza fra i modelli di elettrodi e la loro applicazione, vedere la scheda sottostante : Come scegliere un elettrodo pH per applicazioni di laboratorio.
Verifica dell'elettrodo pH
Per verificare lo stato di un elettrodo (ad esempio quando non si riesce a ricalibrare un pHmetro ) si procede nel seguente modo.
Ci si deve munire di un pHmetro con misura in mV, di una soluzione tampone a pH 7.01 e di una a pH 4.01.
Controllare la data di scadenza delle soluzioni, che devono essere fresche e non contaminate.
Si immerge l'elettrodo nella soluzione a pH 7.01 e si seleziona la lettura in mV.
Si attende qualche secondo e si prende nota del valore visualizzato, ad esempio -20 mV. Questo è detto valore di offset. Per essere accettabile, il valore di offset deve di norma trovarsi fra -30 e +30 mV.
Si immerge poi l'elettrodo nella soluzione a pH 4.01, si attende e si prende nota della lettura in mV, ad esempio 160 mV.
Si calcola ora la differenza algebrica fra il secondo valore ottenuto ed il valore di offset. Nel nostro caso ad esempio:
+160 -(-20 ) = 180 mV
Questo è detto valore di slope. Il valore di slope ottenuto deve essere maggiore di 150 mV affinchè sia possibile eseguire correttamente la calibrazione pH.
Se si riscontrano valori diversi l'elettrodo è esaurito e deve essere sostituito.
EFFETTO TEMPERATURA nell'uso del phmetro
La temperatura influenza il pH della soluzione da misurare e la differenza di potenziale generato dall’elettrodo. Come varia il pH della soluzione al variare della temperatura non possiamo saperlo, pertanto e importante specificare il valore della temperatura alla quale è stata effettuata la misura. Per compensare come varia la differenza di potenziale dell’elettrodo al variare della temperatura è sufficiente utilizzare un compensatore automatico di temperatura (PT 100 o altro) collegato al pHmetro.
Schema di un elettrodo
CONSERVAZIONE DI UN ELETTRODO
Quando l’elettrodo non è in uso, va conservato nell’elettrolita di riferimento e il foro di rabbocco dell’elettrolita può restare chiuso. Gli elettrodi non devono essere conservati per lungo tempo in acqua distillata.
PULIZIA DI UN ELETTRODO
Bisogna mantenere pulita la membrana ed il diaframma di un elettrodo per evitare tempi di risposta lunghi. Per rimuovere residui di oli, grassi e sostanze organiche si raccomanda di lavare con sapone e acqua tiepida. Per le proteine: immergere per almeno un’ora in una soluzione di pepsina e HCl. Ogni volta che l’elettrodo viene pulito è meglio ricondizionarlo per almeno un’ora nell’elettrolita di riferimento. Ricalibrare prima di effettuare una nuova misura.
LA VITA DI UN ELETTRODO
Tutti gli elettrodi per pH sono soggetti all’invecchiamento. Questo si manifesta automaticamente con un calo graduale nell’efficienza di misura: lunghi tempi di risposta, riduzione della pendenza e scostamento dal punto zero; queste alterazioni dipendono molto dalle condizioni di misura, dalla manutenzione e dalla temperatura del campione. Generalmente il tempo di vita può variare da uno a tre anni per misure a temperatura ambiente ed alcuni mesi per misure in campioni a 90°C in continuo.
