PH متر یا پی اچ سنج چیست و چه کاربردی در صنعت چاپ دارد ؟

PH متر نقش مهمی در کارخانجاتی که با انواع رزین و چسب سروکار دارند، ایفا می کنند. به عنوان مثال کارخانجات تولید نئوپان، ام دی اف و کارخانجات آغشته سازی کاغذ چندین بار در روز باید PH رزین های مورد استفاده را اندازه گیری کنند. بی دقتی در این امر منجر به بروز اخلال در فرآیند تولید محصول و نیز پدیدار شدن نقایص مختلف در کیفیت محصول تولید می شود. بنابراین آشنایی با PH متر و اصول کار با آن که در این مطلب ارائه شده برای دست اندرکاران صنایع سلولزی از اهمیت بالایی برخوردار است.

نوشتار حاضر تلاش کوچکی است در جهت معرفی ساختار دستگاه سنجش PH، روش کار با این دستگاه و اصول نگهداری آن برای استفاده کارشناسان مسئول فرآیند تولید در واحدهای تولید محصولات سلولزی.

PH meter دستگاهی است که برای اندازه گیری قدرت اسیدی یا قلیایی (acidity or basicity) یک محلول به کار میرود. این دستگاه عموما از یک بخش محاسب الکترونیکی که یک نشانگر دیجیتال نیز بر روی آن تعبیه شده و یک الكترود تشکیل شده است. الكترود معمولا از نوع شیش های است که به الکترودهای انتخاب یونی نیز معروف هستند. یک الكترود شیش های به طور کلی شامل اجزا زیر است:

• حسگر، که معمولا به شکل حباب در انتهای الكترود قرار گرفته و از جنس شیشه مخصوصی است.
• در سطح داخلی حسگر برخی از الکترودها، رسوب کلرید نقره دیده میشود.
• الكتروليت داخلی، که معمولا اسید کلریدریک۰/۱مولار است.
• د الكترود داخلی که معمولا کلرید نقره است.
• بدنه الكترود که از شیشه یا پلاستیک نارسانا تهیه می شود.
• الكترود مرجع که بیشتر موارد از جنس الكترود داخلی است.
• و پیوندگاه یا محل الحاق با محلول مورد آزمایش که از جنس سرامیک و یا موئینههایی از جنس آزبست و یا فیبر کوآرتز است.

الكترود به صورت دو لوله که یکی در درون دیگری قرار گرفته ساخته شده است. لوله درونی محتوى الكتروليت غیر قابل تعویض شامل مخلوطی از محلول کلرید پتاسیم و محلول۱/۰مولار اسید کلریدریک است و در درون این الکترولیت، الکترود کاتد قرار گرفته است.

هر دو لوله محتوی یک نوع الكترولیت میباشند ولی تنها الکترولیت لوله خارجی است – که از طریق پیوندگاه که همچون یک پل نمکی عمل میکند – میتواند با محلول های بیرون محیط الکترود ارتباط برقرار نماید. به همین دلیل ترکیب یونی الکترولیت داخلی همیشه ثابت است ولی الکترولیت خارجی با تبادل یونی که با محیط خارج دارد، مدام در حال تغییر است.

به همین سبب، توصیه میشود که الكترود پس از پایان کار در محلول کلرید پتاسیم قرار گیرد تا تغییرات یونی که در هنگام استفاده از دستگاه در الکترولیت خارجی ایجاد شده جبران گردد.

سطح داخلی و خارجی حباب حسگر به وسیله یک ژل آبدار مخصوص به قطر تقریبی ۱۰ نانومتر پوشش داده شده است. جنس حباب از شیشه سیلیکونی ویژه ای است که به یونهای سدیم اجازه عبور میدهد. هنگامی که یون های هیدروژن از محیط خارج به ژل خارجی نفوذ میکنند یون های سدیم موجود در ژل از طريق جدار شیش های به ژل درونی منتقل شده و بار الکتریکی الکترولیت داخلی را تغییر میدهند. این تغيير بار توسط PH meter اندازه گیری شده و به صورت PH نمایش داده می شود. عکس این اتفاق هنگامی می افتد که یون های با بار منفی OH- به ژل خارجی نفوذ کنند.

دستگاه چگونه PH را محاسبه می کند؟

 PH meter در حقیقت با ولت متر تفاوت چندانی ندارد اما به جای ولتاژ، با یک محاسبه ساده مقدار عددی PH را نمایش می دهد. در واقع به ازای هر یک درجه کاهش +۰۰۵۹/۰ ولت ( ۵۹ میلی ولت)| از الکترود عبور می کند. بسیاری از PH مترها دارای امکان نمایش مقدار ولتاژ هم میباشند که بر طبق مواردی که گفته خواهد شد به کار تشخیص سلامت الکترود می آید.

میزان کردن PH متر (calibration)

قبل از کار با PH متر بايد الكترود آن را تنظیم (کالیبره) نمود. برای تنظیم یک الكترود دست کم نیاز به دو محلول با PH مشخص داریم. این محلولها بیشتر شامل بافرهای ۴، ۷ و ۱۰ می باشند.

نحوه کالیبره کردن یک PH متر بستگی به نوع آن دارد ولی به طور کلی همگی از یک روند تبعیت میکنند. مرحله اول تنظیم دما است. در برخی از دستگاهها تنظیم دما به طور خودکار انجام می شود و در برخی دیگر باید آنرا به طور دستی وارد کرد.

در اندازه گیری PH لازم است حتما اثرات درجه حرارت را تاثير داده و به آن توجه کافی کرد. تجربه ثابت کرده است درجه حرارت، هم در مقدار PH تغییراتی ایجاد کرده و هم محلول مورد آزمایش را یونیزه میکند. به همین دلیل محلولها در دماهای متفاوت، به خاطر وجود غلظت یون هیدروژن به مقدار کم یا زیاد، PH های گوناگونی را از خود نشان میدهند.

بر روی اغلب PH مترها ابزاری برای این عمل تعبیه گردیده است و در نتیجه میتوان دستگاه را در درجه حرارت های گوناگون تنظیم کرد. برای این منظور ابتدا درجه حرارت محلول را توسط دماسنج اندازه گیری نموده و دکمه حرارت را روی در چه اندازهگیری شده قرار می دهند مرحله بعد استفاده از بافر ۷ میباشد. در حالت دو تنظيمه همیشه اول از محلول بافر ۷ استفاده کنید. الكترود را شسته و خشک کنید و سپس آن را در بافر ۷ قرار دهید. مراقب باشید نوک الكترود صدمه نبیند. صبر کنید تا نمایشگر دستگاه بر روی یک عدد توقف کند.

PH مترهای مدرن، نوع بافر را تشخیص داده و به طور اتوماتیک تغییرات مورد نیاز را انجام میدهند ولی در دیگر دستگاهها باید تنظیمات به صورت دستی انجام شود. در این صورت با استفاده از دکمه مربوطه PH را بر روی ۷ تنظیم نمایید. گاهی اوقات نشانگر دستگاه دچار نوسان میشود. اگر این نوسان کم باشد سعی کنید با تغيير ملایم و تدریجی دکمه، بهترین موقعیت را انتخاب نمایید.

 نوسانات شدید در نشانگر PH متر دلیل بر یک مشکل فنی است. این مشکل میتواند به دلایل زیادی از جمله نقص اتصال در سیمها و فيشها، نقص و خرابی در الکترود، ضعیف شدن باتری دستگاه نفوذ رطوبت و بخار آب به دستگاه و … ایجاد گردد.

 در PH متر های رومیزی که با برق شهر کار میکنند، این نوسان میتواند به علت ایجاد الکتریسیته ساکن در دستگاه و عدم تخليه آن بروز نماید. دقت کنید اتصال به زمین در این گونه دستگاهها برقرار باشد مرحله بعدی کالیبراسیون به شرایط کار شما بستگی دارد. اگر با محیط اسیدی کار میکنید از بافر ۴ و اگر با محیط قلیایی سرو کار دارید از بافر ۱۰ استفاده نمایید. اگر وسعت کار شما شامل محيط اسیدی و قلیایی میشود از هردو با استفاده نمایید.

اما در این شرایط توصیه میشود از دو PH متر استفاده کنید. الکترود را با آب مقصلر شسته و خشک کنید سپس آنرا در بافر دوم (۴ یا ۱۰) قرار دهید. پس از توقف نشانگر، دستگاه را با دکمه مربوطه تنظیم کنید تا نشانگر، PH صحیح را نمایش دهید. دقت کنید گاز دی اکسید کربن موجود در هوا میتواند PH بافرها را تغییر دهد بنابراین همیشه بافر ها را در ظرف های در بسته با اندازه مناسب نگهداری کنید و سعی کنید از محلول های تازه استفاده نمایید.

چگونه بدانیم الكترود درست کار میکند؟

در یک الكترود، پارامتر های مختلفی قابل اندازه گیری است از جمله مقدار نشتی الکترولیت در ۲۶ ساعت و مقدار مقاومت الکتریکی الکترود، که بر دقت کار آن دلالت دارند. اما از همه عملی تر و آسانتر بررسی و اندازه گیری مقدار ولتاژ عبوری از الكترود در PHهای مختلف است. روش کار به شرح زیر است:

دکمه نمایشگر PH متر را بر روی میلی ولت تنفلیم کنید. اگر PH متر شما فاقد این گزینه است از یک دستگاه دیگر و یا از یک ولت متر دقیق استفاده کنید. پس از تنظیم دما، الكترود را در بافر ۷ قرار دهید. مقدار ولتاژ الکترود در بافر ۷ در بسیاری از الکترودهای معمول حدود ۱۵ میلیولت است (نقطه ایزو پتانسیل Isopotential point) تغییر ولتاژ الکترود به ازای هر (slope) PH ۵۰ تا ۱۱ میلی ولت است. برای کنترل slpoe الكترود را به بافر ۴ منتقل نمایید. دستگاه می بایست ولتاژ ۱۸۴ – ۱۶۶ میلی ولت را نمایش دهد.

نگهداری از الکترودهای PH متر

الکترودها را به دو روش خشک و مرطوب نگهداری میکنند. در روش مرطوب، الكترود را میتوان در زمان کوتاهی برای استفاده آماده کرد، چرا که تغییرات اندکی در دیواره های آن در زمان نگهداری ایجاد میشود. در این روش الکترود در محلول ۳ تا ۴ مولار کلرید پتاسیم قرار میگیرد. بیشتر آنها دارای یک ظرف مخصوص ایزوله می باشند که در هنگام خرید، الکترود در آن نگهداری میشود. این ظرف را دور نیندازید چرا که برای نگهداری طولانی مدت بهترین وسیله است. در روش خشک الکترولیت خارجی را تخلیه کرده و با آب مقطر يا RO کاملا آبکشی کرده صبر کنید تا کاملا خشک شود، الكترودهای ژل های را تنها به روش مرطوب میتوان نگهداری کرد. هرگز آنها را در آب مقطر يا RO قرار ندهید.

چگونه الكترود PH متر را تمیز کنیم؟

 به طور کلی الکترود PH متر را پس از استفاده با آب مقطر شسته و در محلول ۳ تا ۴ مولار کلرید پتاسیم قرار دهید، در استفاده طولانی مدت از الکترود، مواد موجود در محلول های مورد آزمایش به تدریج بر روی الکترود رسوب کرده و باعث کاهش حساسیت و کارآیی آن میگردند. در چنین مواردی الكترود نیاز به شستشوی ویژه دارد. این شستشو بر حسب نوع مواد مورد آزمایش متفاوت است.

روش عمومی

• الكترود را به مدت ۳۰ دقیقه در محلول اسید کلریدریک ۰/۱ نرمال قرار دهید.
• الکترولیت خارجي الكترود را تخلیه کرده و آنرا با الکترولیت مرجع تازه پر کنید.
• برای یک ساعت الكترود را در محلول الكتروليت مرج قرار دهید

محلولهای معدنی

• الکترود را به مدت ۱۵ دقیقه در محلول۰/۱ tetrasodium مولار EDTA قرار دهید
• الکترولیت خارجی الكترود را تخلیه کرده و آنرا با الکترولیت مرجع تازه پر کنید و برای یک ساعت الكترود را در محلول الکترولیت مرجع قرار دهید.

محلول های با نسبت پروتئین بالا

• الكترود را به مدت ۱۵ دقیقه در محلول ۱% پپسین و ۰/۱ مولار اسید کلریدریک قرار دهید.
• الکترولیت خارجی الکترود را تخلیه کرده و آنرا با الكتروليت مرجع تازه پر کنید.
• برای یک ساعت الكترود را در محلول الکترولیت مرجع قرار دهید.

محلول های چرب

• الكترود را با الكل اتیلیک بشویید.
• الكترود را به مدت ۱۰ دقیقه در محلول ۰/۱ مولار NaOH قرار دهید
• الكترود را شسته و به مدت ۱۰ دقیقه در محلول ۰/۱ مولار HCI قرار دهید.
• الکترولیت خارجی الكترود را تخلیه کرده و آنرا با الکترولیت مرجع تازه پر کنید
• برای یک ساعت الكترود را در محلول الکترولیت مرج قرار دهید. بهتر است در این مورد از مخلوط بر ابر الکترولیت مرج و بافر ۴ استفاده کنید.

احيا الكترود PH متر

مواقعی پیش می اید که الكترود به هیچ یک از اقدامات شما پاسخ نمی دهد و شما در این موارد چاره ای جز تعویض آن ندارید. در این صورت قبل از به دور انداختن آن طبق روش های زیر عمل کنید شاید نیاز به تعویض آن مرتفع گردد.

• ابتدا الكترود را طبق روش های گفته شده بشوئيد و الكتروليت آنرا تعویض نمایید.
• الكترود را مدت ۴ تا ۸ ساعت در محلول ۱ مولار HCI قرار دهید.
• الکترود را شسته و برای یک ساعت در باقر ۷ قرار دهید.

اگر الكترود همچنان کار نکرد!

• در زیر هود الكترود را در محلول اسید نیتریک ۱۰٪ قرار دهید محلول را حرارت دهید تا به جوش آید. الکترود را به مدت ۱۰ دقیقه در این محلول نگهدارید.
• در یک بشر تمیز مقداری از الکترولیت مرجع ریخته و حرارت دهید تا داغ شود. الكترود را از اسید خارج کرده و در حالی که هنوز داغ است درون الکترولیت گرم قرار دهید. صبر کنید تا الکترولیت و الکترود سرد شوند.

 اگر با انجام این عملیات الکترود همچنان کار نکرد، دیگر چارهای به جز به دور انداختن آن نیست. برای اخذ نتجه مناسب، بهتر است به توصیه های سازنده الكترود در بروشور مربوطه نیز مراجعه کنید