Det grundlæggende princip for pH-måling
Den velkendte og gamle nulstrømsmålingsmetode, der blev brugt til at bestemme kemiske reaktionsprocesser, er sandsynligvis pH-måling. Generelt bruges pH-måling til at bestemme surhedsgraden eller alkaliniteten af en opløsning. Selv kemisk rent vand har en spormængde af dissociation, og dets ioniseringsligning er: H2O H2O=H3O-OH - (1) På grund af det faktum, at kun en meget lille mængde vand er dissocieret, er den molære koncentration af ioner er generelt en negativ effekteksponent. For at undgå at bruge den negative effekteksponent for molær koncentration til beregninger foreslog biolog Sorensen i 1909 at erstatte denne ubelejlige værdi med logaritme og definere den som "pH-værdi". Matematisk er pH-værdien defineret som den negative logaritme af den almindeligt anvendte hydrogenionkoncentration. Det vil sige pH=én log [H]
(2) På grund af ionproduktets stærke afhængighed af temperaturen, for pH-værdien af processtyring, er det nødvendigt samtidig at kende opløsningens temperaturkarakteristika. Kun når det målte medium har samme temperatur, kan dets pH-værdi sammenlignes. For at opnå en reproducerbar pH-værdi anvendes potentiometrisk analyse til pH-måling. Elektroden, der bruges i potentialeanalysemetoden, kaldes et primært batteri. Spændingen på dette batteri kaldes elektromotorisk kraft (EMF). Denne elektromotoriske kraft (EMF) består af to et halvt batteri. En af halvcellerne kaldes måleelektroden, og dens potentiale er relateret til en specifik ionaktivitet; Den anden halvcelle er en referencehalvcelle, almindeligvis omtalt som en referenceelektrode, som normalt er forbundet til måleopløsningen og forbundet til et industrielt pH-meter. Standard brintelektroden er referencepunktet for alle potentialmålinger. Standard brintelektroden er en platintråd, der er galvaniseret (coated) med platinchlorid og omgivet af brintgas. Den mest velkendte og almindeligt anvendte pH-indikatorelektrode er en glaselektrode. Det er et glasrør med en pH-følsom glasfilm blæst i enden. Røret er fyldt med KCI-bufferopløsning indeholdende mættet AgCI, med en pH-værdi på 7. Potentialforskellen, der findes på begge sider af glasfilmen og afspejler pH-værdien, følger Nernst-formlen: E=Eo. 1n [H3oq (3) n.] I formlen er E potentialet; E er standardspændingen for elektroden; R er gaskonstanten; T er Kelvin-temperaturen; F er Faraday-konstanten; N er valensen af den målte ion; [HO] er aktiviteten af HO-ionen. Som det fremgår af ovenstående ligning, er der en vis sammenhæng mellem potentialet E og aktiviteten og temperaturen af HO-ioner. Ved en bestemt temperatur kan måling af potentialet E beregne ln [HO] (omdannet til en log [HO] for at opnå pH), som er det grundlæggende princip for pH-detektion. I Nernst-formlen spiller temperatur en væsentlig rolle som variabel. Når temperaturen stiger, vil den potentielle værdi også stige. For hver 1 grads stigning i temperaturen vil det forårsage en potentiel ændring på 0,2 mV/pH. Repræsenteret ved pH-værdi varierer pH-værdien med 0.0033 pr. LPH pr. I~C. Det betyder, at for målinger omkring 20-30 grader og 7pH er der ingen grund til at kompensere for temperaturændringer. Ved anvendelser med temperaturer større end 30 grader eller mindre end 20 grader og pH-værdier større end 8 eller mindre end 6, skal der kompenseres for temperaturændringer.
