I. Tìm hiểu về tầm quan trọng của độ pH trong chất lượng nước
Độ pH là một tham số quan trọng trong hầu hết các ứng dụng về chất lượng nước.
Trong xử lý nước thải, độ pH được điều chỉnh như một phần để cấp giấy phép xả thải và nhiều quy trình xử lý phụ thuộc vào độ pH. Điều này đặc biệt quan trọng trong các nhà máy, trạm xử lý nước thải và các công trình xử lý nước khác.
Trong ngành thực phẩm, vì nó đóng vai trò trong hương vị và bảo quản thực phẩm. Độ pH của thực phẩm có thể ảnh hưởng đến sức khỏe của con người, do đó, ngành công nghiệp thực phẩm phải đảm bảo độ pH sản phẩm của họ nằm trong mức an toàn.
Trong công nghệ sinh học, pH có vai trò quan trọng trong việc kiểm soát các quá trình sinh học và phản ứng hóa học. Ví dụ, pH có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các enzyme và protein, sự tăng trưởng của vi sinh vật, sự hòa tan của chất dinh dưỡng và chất thải. Do đó, việc kiểm soát pH có thể là một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa các quá trình trong công nghệ sinh học.
Trong các lĩnh vực y tế, công nghiệp, môi trường và nông nghiệp việc đo đạc pH cũng đóng vai trò quan trọng. Các ứng dụng trong y tế bao gồm giám sát độ pH của máu và nước tiểu để đánh giá sức khỏe của bệnh nhân. Trong công nghiệp, đo đạc độ pH được sử dụng để kiểm soát chất lượng sản phẩm và đảm bảo sự ổn định của quy trình sản xuất. Ngoài ra, trong nông nghiệp, đo đạc độ pH được sử dụng để giám sát độ pH của đất, giúp người nông dân điều chỉnh lượng phân bón và các chất hóa học khác để đảm bảo cây trồng phát triển tốt hơn. Do đó, việc giám sát độ pH là rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực và giúp đảm bảo sự an toàn và chất lượng của sản phẩm và quy trình sản xuất.
Ngoài ra, trong quá trình lấy mẫu và giám sát môi trường, giá trị độ pH cao hoặc thấp có thể là dấu hiệu của sự ô nhiễm, do đó, việc giám sát độ pH là rất cần thiết để đảm bảo chất lượng nước.
Bên trên chỉ là một trong số rất nhiều ứng dụng mà độ pH là một giá trị đo quan trọng.
II. Độ pH là gì ? Sự hình thành ion Hydro
Độ pH là một thước đo định lượng về độ axit hay bazơ của nước hoặc các dung dịch lỏng khác. Chuyển đổi các giá trị của nồng độ ion hydro (H+) – thường dao động từ khoảng 1 đến 10-14 gam-tương đương mỗi lít – thành các số từ 0 đến 14
Dung dịch phản ứng như một axit hoặc một bazơ phụ thuộc vào nồng độ ion Hydro (H+). Thực tế, thuật ngữ “pH” bắt nguồn từ tiếng Latinh và là viết tắt của “potentia hydrogenii” – sức mạnh của Hydro.
Ngay cả nước tinh khiết có tính trung tính , cũng chứa các ion Hydro do quá trình phân hủy các phân tử nước thành các thành phần đơn giản hơn (tức là phân hủy phân tử thành ion).
H2O ⇔ H + OH+–
Trong quá trình này, H2O bị tách proton (tức là mất một proton). Điều này dẫn đến sự hình thành một ion hydro dương (H+) và một ion hydroxit âm (OH-). Ion hydro thường được sử dụng để đại diện cho một proton.
Ion hydro không được lưu lại dưới dạng một proton tự do trong thời gian dài, bởi vì nó nhanh chóng được hydrat hóa bởi một phân tử nước không ion hóa xung quanh. Sự hình thành của ion này, ion hydroni, được biểu diễn trong phương trình bên dưới
H2O + H ⇔ H+3O+
Ở điều kiện cân bằng (750 mmHg và 25 °C), 1 L nước trung tính tinh khiết chứa 10-7 mol ion H+ và 10+-7 mol ion OH-
III. Định nghĩa về axit và bazơ
Axit là chất giải phóng ion hydro (tức proton), vì vậy nếu một dung dịch chứa nhiều hơn số lượng ion hydro so với nước trung tính thì được coi là axit.
Bazơ là chất nhận ion hydro. Khi bazơ được hòa tan trong nước, chúng liên kết với một số lượng ion hydro hình thành từ sự phân li của nước. Dung dịch bazơ chứa ít hơn số lượng ion hydro so với nước trung tính.
Các dung dịch nước được xem là axit nếu chúng chứa nhiều hơn 10-7 mol/L ion hydro và được coi là bazơ nếu chúng chứa ít hơn 10-7 mol/L ion hydro ở 25 °C.
Axit và bazơ trung hòa nhau, dẫn đến hình thành nước và muối. Một ví dụ phản ứng giữa hydroxit natri (NaOH) và axit clohidric (HCl) trong phương trình dưới đây:
NaOH + HCl ⇔ NaCl + H2O
Phản ứng giữa axit và bazơ liên quan đến sự chuyển giao proton. Trong phản ứng axit-bazơ này, một proton được chuyển từ HCl (axit) sang NaOH (bazơ), tạo thành muối natri clorua (NaCl) và nước.
IV. Tại sao thang đo pH lại là thang đo logarithmic?
Thang đo pH là logarithmic vì nó phản ánh mức độ axit hoặc kiềm của một dung dịch dựa trên hoạt động ion hydrogen (H+) trong dung dịch. Điều này có nghĩa là mỗi đơn vị trên thang đo pH tương đương với một bội số 10 của hoạt động ion hydrogen. Ví dụ, dung dịch có pH = 4 có hoạt động ion hydrogen gấp 10 lần so với dung dịch có pH = 5 và gấp 100 lần so với dung dịch có pH = 6.
Một lý do khác là thang đo logarithmic cho phép phạm vi đo rộng hơn và đồng thời giảm sai số đo lường. Nếu sử dụng thang đo tuyến tính để đo pH, phạm vi đo của nó sẽ bị giới hạn trong một khoảng nhỏ vì hoạt động ion hydrogen thay đổi rất nhanh khi dung dịch có tính chất acid hoặc bazơ mạnh. Sử dụng thang đo logarithmic sẽ giúp đánh giá mức độ acid hoặc bazơ của dung dịch rộng hơn, bao gồm cả các dung dịch có tính chất acid hoặc base mạnh, và giảm sai số đo lường.
Thang đo pH thường được sử dụng để biểu thị hoạt động của ion hydro. Trên thang đo pH, các giá trị pH dưới 7 đại diện cho các dung dịch axit (hoạt động của ion hydro lớn hơn hoạt động của ion hydroxit) trong khi các giá trị trên 7 đại diện cho các dung dịch bazơ. Tại pH = 7, hoạt động của ion hydro và ion hydroxit bằng nhau.
Như có thể thấy trong bảng bên dưới, phạm vi hoạt động của ion hydro (H) và hydroxit (OH) có thể kéo dài nhiều bậc
Do tính chất logarit của thang đo pH, báo cáo giá trị pH theo đó không chính xác. Thay vì vậy, sẽ thích hợp hơn khi báo cáo giá trị pH trung bình hoặc báo cáo giá trị pH theo cách dễ quan sát được.
Phương trình bên dưới thể hiện việc xác định pH từlog âm 10 của hoạt động ion hydro.
pH = -lg aH+
Hình ảnh giá trị pH của một số vật dụng phổ biến
V. Phương pháp đo pH – Máy đo pH so với dải pH
Có thể sử dụng các phương pháp sau để đo hoạt động ion hydrogen (đo pH) của một dung dịch
1. Trực quan
2. Trắc quang
3. Điện thế
Các phương pháp trực quan và trắc quang dựa trên việc thay đổi màu sắc của các sắc tố hữu cơ cụ thể để xác định độ pH. Phương pháp trực quan được thực hiện với các chỉ báo trực quan như giấy đo pH, trong khi định lượng trắc quang liên quan đến việc chiếu ánh sáng qua mẫu và đo độ hấp thụ.
Tuy nhiên, việc áp dụng phương pháp xác định pH trực quan hoặc trắc quang bị hạn chế. Các phép đo sẽ không chính xác nếu dung dịch cần đo có độ đục cao hoặc dung dịch có màu sắc sẵn. Một số dung dịch đo cũng chứa các liên kết hóa học phá hủy các chỉ báo màu thông qua quá trình oxy hóa hoặc khử và tạo ra kết quả không chính xác.
Phương pháp đo điện thế xác định pH bằng cách sử dụng điện thế của các điện cực nhạy cảm với pH làm tín hiệu đo, sau đó được hiển thị bằng máy đo pH. Những nhược điểm của phương pháp đo trực quan và trắc quang không tồn tại trong phương pháp đo điện thế, vì cảm biến điện thế rất nhạy, chọn lọc và có thể được sử dụng trong hầu hết mọi ứng dụng.
Phương pháp đo pH trên điện thế sử dụng máy đo pH và điện cực cung cấp một phương pháp đo chính xác và đáng tin cậy hơn, đặc biệt là đối với các dung dịch bị đục hoặc có màu. Máy đo pH cũng có thể giám sát liên tục các giá trị pH theo thời gian thực, hữu ích cho các ứng dụng công nghiệp và khoa học. Tuy nhiên, máy đo pH yêu cầu hiệu chuẩn và bảo trì thường xuyên để đảm bảo độ chính xác.
VI. Máy đo pH nào tốt trên thị trường
Các máy đo của hãng Xylem – Đức được đánh giá tốt trên thị trường
Các thương hiệu / hãng mà Xylem quản lý sản xuất ra các thiết bị đo có độ bền, độ chính xác và chất lượng, ứng dụng cao
Một số thương hiệu sản xuất thiết bị đo pH như: YSI – Mỹ , SI Analytics – Đức , và WTW – Đức
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu về hai loại thiết bị đo pH phổ biến của hai hãng SI Analytics và YSI
Thiết bị đo pH của Si analytic
Si analytic là một hãng sản xuất thiết bị phân tích hóa lý hàng đầu thế giới, có trụ sở tại Đức. Si analytic cung cấp các loại thiết bị đo pH cho mọi ứng dụng trong phòng thí nghiệm và tại hiện trường, với độ chính xác cao, độ bền bỉ và dễ sử dụng. Một số sản phẩm tiêu biểu của Si analytic là:
- Máy đo pH để bàn LAB 845, LAB 845 là một thiết bị đa năng, có thể đo pH, mV, ISE và nhiệt độ với màn hìnhl ớn, bàn phím màng ….. Máy có khả năng hiệu chuẩn tự động hoặc thủ công, lưu trữ và truyền dữ liệu lên máy tính hoặc máy in. Máy được cung cấp kèm theo điện cực kép bằng thủy tinh hoặc nhựa và các dung dịch chuẩn pH.
- Máy đo pH cầm tay HandyLab 100: là một thiết bị nhỏ gọn, nhẹ và chống nước, có thể đo pH và nhiệt độ tại hiện trường với độ chính xác cao. Máy có khả năng hiệu chuẩn tự động hoặc thủ công, lưu trữ và truyền dữ liệu lên máy tính hoặc máy in. Máy được cung cấp kèm theo điện cực kép bằng thủy tinh BlueLine 14pH hoặc điện cực nhựa và các dung dịch chuẩn pH.
Thiết bị đo pH của YSI
YSI là một hãng sản xuất thiết bị quan trắc môi trường hàng đầu thế giới, có trụ sở tại Mỹ. YSI cung cấp các loại thiết bị đo pH cho các ứng dụng tại hiện trường, với tính năng thông minh, linh hoạt và chống va đập. Một số sản phẩm tiêu biểu của YSI là:
- Thiết bị đo pH, ORP và nhiệt độ Pro10: là một thiết bị thông minh, bền bỉ và chuyên dụng ngoài hiện trường hoặc trong phòng thí nghiệm. Cảm biến và cáp của thiết bị có thể thay thế được bởi người dùng, mang lại tính cơ động cho sản phẩm
Các loại thiết bị đo pH chính bao gồm máy đo pH để bàn, máy đo pH cầm tay và bút đo pH1. Máy đo pH để bàn thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm và các ngành công nghiệp khác nhau. Máy đo pH cầm tay có tính di động cao và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ngoài trời và trên các thiết bị di động. Bút đo pH là loại thiết bị nhỏ gọn và linh hoạt nhất trong các loại thiết bị đo pH2.
