pH meter 원리

1. pH란?

pH는 용액의 산성도를 가늠하는 척도로서 수소이온농도의 역수에 상용로그를 취한 값이다.

 

pH=log[01∕H+]

 

수소이온은 실제로 H2O와 배위결합하여 H3O+형태로 존재

 

 

 

2. pH meter 원리

 

기본적인 측정원리는 유리 전극 표면에서 발생하는 수소이온의 이온교환 반응시 발생하는 전위를 측정하는 것

Nernst equation: 전지의 전극에서 발생하는 전위와 그 반응에 관여하는 물질의 농도와의 관계를 나타낸 식

F: 페러데이 상수

pH 선택성 전극(일반적으로 유리전극), 기준전극, 온도센서 등 세가지가 사용된다.

 

- 유리전극

수소이온에 민감한 유리막으로 둘러싸여 있고, 전극내부에 일정한 전위가 흘러 수소이온의 상대농도의 변화에 따라 다른 전위가 발생된다

유리가 용액에 닿으면 gel 형성. Gel 주변 수소이온은 확산되며 이온농도가 측정됨

 

- 기준전극

pH 측정시 용액내의 회로구성을 이루게 하여 온도에 상관없이 일정한 전위를 유지하여 측정할 pH 센서 전위에 대해 안정된 기준 전위를 제공한다. 내부전극이 유리전극의 내부전극과 같은 Ag-AgCl전극을 사용하고 내부에는 포화된 KCl 용액(2주에 한번씩 교체해주는 것이 좋음)이 채워져 있다. 기준전극의 glass는 수소이온에 sensitive 하지 않으며 측정할 sample과 전극이 접촉한다.

 

가역적이며 시간이 지나도 일정한 전위를 나타내고 전류가 온도에 과민반응을 보이지 않아야 함
은-염화은 전극(Ag/AgCl)	칼로멜 전극	수은 황산수은 전극	수은 산화수은 전극
KCl과 AgCl로 포화된 용액속에 AgCl 고체가 담겨있는 형태의 반쪽 전지	수은과 Hg, Cl의 혼합물이 포화 KCl 용액에 담겨있는 형태의 반쪽 전지	Hg2SO4가 H2SO4 K2SO4에 담겨있음	HgO가 1M NaOH에 담겨있음

*은-염화은 전극(Ag/AgCl): 높은 재현성, 간편한 사용, 내부에 수은이 없어 안정성이 높음, 산성용액에서 안정 à 가장많이 사용되는 기준 전극

 

 

- 조합전극(combined electrode, 유리전극+기준전극)

 

1. a sensing part of electrode, a bulb made from a specific glass
2. internal electrode, usually silver chloride(AgCl) electrode or Saturated calomel
3. internal solution, usually 1.10-7 mol/L HCl for pH electrodes or 0.1 mol/L MeCl for pMe electrodes
4. when using the silver chloride electrode, a small amount of AgCl can precipitate inside the glass electrode
5. reference electrode(기준전극), usually the same type as 2번
6. reference internal solution, usually 0.1 mol/L KCl
7. junction with studied solution, usually made from ceramics or capillary with asbestos or quartz fiber.
8. body of electrode, made from non-conductive glass or plastics.

 

 

-출처 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glass_electrode_scheme_2.svg#/media/File:Glass_electrode_scheme_2.svg

 

 

 

*KCl: 전기저항이 낮고 피측정물질과 전해액 사이에 화학반응이 없어야 하는 기준 전극의 전해액의 조건을 충족

 

 

 

 

- junction

피측정물질과 접촉하는 부분. KCl용액이 소모되면서 정확한 pH 측정을 가능하게 함

ceramic	Sleeve junction	Open junction	Double junction
가장 표준적 미세한 구멍을 가진 다공질의 세라믹으로 이 통로를 통해 측정 전극과 기준 전극간의 전류 통도가 존대하게 됨	전해질이 더 빠른속도로 움직여 이온이 적은 샘플에 적합 Sleeve를 제거하여 청소할 수 잇으므로 점성이 높은 샘플에서도 사용가능	고체 상태의 polymer reference 전해질과 함께쓰인다 반응속도와 전해질 속도가 느림 내구성이 좋음	강산,강염기에 쓰기에 적합 높은 압력이나 온도를 가진 샘플 측정가능 추가적인 chamber가 buffer로 작용하여 전해질 용액이 급격하게 변화하는 것 방지