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Elettrodi di pH, un approfondimento

Nell’ambito delle applicazioni industriali e della ricerca è spesso necessario controllare in modo continuo il valore del pH attraverso degli elettrodi.

È da tenere presente che ogni ambito di applicazione ha le proprie caratteristiche, che rendono necessaria la scelta di elettrodi di pH specifici. 

 

Cole-Parmer vanta un’ampia offerta di elettrodi di pH, da quelli combinati – che contengono entrambe le semicelle, quella di rilevamento e quella di riferimento, in un’unica sonda – a quelli tradizionali, con semicelle di rilevamento e riferimento, per scegliere lo strumento che meglio risponde alle vostre necessità. Vediamo nel dettaglio.

 

Come determinare il valore del pH con gli elettrodi

Nel procedimento di determinazione del valore del pH di un composto, l’elettrodo viene messo a contatto diretto con la soluzione da misurare. Nella membrana di vetro si genera così una piccola tensione – rilevata da un misuratore – che indica il valore del pH attuale.

 

Box di approfondimento 

Variabili da prendere in considerazione durante le misurazioni

  • Calibrazione » i misuratori di pH hanno bisogno di essere ricalibrati periodicamente in quanto gli elettrodi di pH si consumano. La calibrazione degli elettrodi nei regolatori di pH garantisce altresì uno sviluppo molto preciso della catena di misura.
  • Usura » l’usura degli elettrodi di pH ne accorcia il ciclo di vita. La durata di un elettrodo di pH dipende da vari fattori, tra cui la qualità delle soluzioni e le temperature. Per allungarne la durata è consigliabile pulire frequentemente gli elettrodi di pH. 
  • Conservazione » gli elettrodi di pH devono essere custoditi in un ambiente completamente asciutto o nella specifica soluzione di conservazione. 

Un’evoluzione, per misurazioni precise

Per determinare in modo preciso il valore del pH con un elettrodo di pH è necessario avere un punto di riferimento

In passato venivano utilizzati due elettrodi di pH inseriti nella soluzione da misurare: il primo elettrodo – o semicella sensibile – era responsabile della parte di misurazione, il secondo costituiva il punto di riferimento. 

 

Oggigiorno, invece, l’elettrodo di riferimento è integrato nel primo, in un’unica sonda: si parla di elettrodi combinati. I due elettrodi sono comunque separati nell’anello interno e lavorano indipendentemente. Attraverso lo scambio degli elettrodi nella superficie della membrana si genera una tensione che è processata dall’elettronica dello strumento.

 

Gli elementi principali degli elettrodi:

  • una semicella sensibile, responsabile della parte di misurazione nel sistema Questa porzione dell’elettrodo contiene in genere una membrana sensibile alla variazione del pH della soluzione misurata.
  • una semicella di riferimento, fornisce un potenziale di riferimento stabile ad una data temperatura necessario per la misurazione del pH. 

Tra gli elettrodi di riferimento più diffusi troviamo l’elettrodo ad argento/argento cloruro (Elettrodo Ag/AgCl), l’elemento interno più comune in questo tipo, adatto a quasi tutte le applicazioni (il loro limite di temperatura è di 80°C.

 

Entrambe le unità semicellulari devono essere utilizzate insieme per completare il circuito e ottenere così una corretta misurazione del pH. 

 

Elettrodi pH Cole-Parmer: tipologie offerte

 

Elettrodo epossidico – Elettrodo con corpo in vetro

Gli elettrodi con corpo epossidico sono più durevoli, tendono ad essere la scelta più economica e sono ideali per ambienti in cui è prevista una manipolazione approssimativa. Tuttavia, il limite massimo di temperatura per la maggior parte degli elettrodi con corpo epossidico è di circa 80°C.

 

Gli elettrodi pH con corpo in vetro, invece, sono in grado di resistere a temperature molto più elevate, fino a 230ºF (da 100 a 110ºC) a seconda dell’elettrodo specifico, e offrono anche resistenza chimica a materiali o solventi altamente corrosivi. Gli elettrodi con corpo in vetro sono anche più facili da pulire dopo l’uso. 

 

Entrambi i tipi di elettrodi richiedono attenzione durante la manipolazione, poiché anche una piccola frattura al bulbo o al corpo dell’elettrodo può portare a letture errate.

 

Sonde ISFET

Gli elettrodi a stato solido ISFET (transistor ad effetto di campo specifico per ioni) con una superficie di misurazione senza vetro non si rompono e si puliscono per la conservazione a secco. Questa è una buona scelta per l’uso nell’industria alimentare, per evitare ogni possibilità di rottura del vetro e contaminazione dei campioni. Un altro vantaggio degli elettrodi ISFET è la loro capacità di misurare volumi più piccoli di campioni, nella maggior parte dei casi fino a 30 microlitri.

 

Elettrodi sigillati – Elettrodi ricaricabili

Gli elettrodi sigillati o riempiti con gel sono praticamente esenti da manutenzione e ideali per la maggior parte delle applicazioni. Tendono anche ad essere una scelta più economica. Tuttavia, una volta che il livello della soluzione di riempimento interno è basso (o se si asciuga), l’elettrodo dovrà essere sostituito. Questo è il motivo per cui gli elettrodi sigillati possono avere una durata inferiore rispetto a un elettrodo ricaricabile.

 

Gli elettrodi ricaricabili hanno una porta vicino alla parte superiore dell’elettrodo che consente di ricaricarli una volta che la soluzione di riempimento interno è bassa o esaurita. Per molte applicazioni, ciò può prolungare significativamente la vita dell’elettrodo. Gli elettrodi ricaricabili consentono all’utente di cambiare la soluzione di riempimento in caso di contaminazione. Gli utenti possono anche cambiare la soluzione di riempimento per applicazioni specializzate, se necessario, ad esempio quando si misura il pH in solventi organici.

 

Un malinteso comune è che gli elettrodi ricaricabili siano più precisi degli elettrodi sigillati. Tuttavia, non è così, poiché sono disponibili elettrodi sigillati altamente precisi che offrono letture comparabili o più precise rispetto agli elettrodi ricaricabili. 

 

Elettrodo a giunzione singola – Elettrodi a doppia giunzione

Negli elettrodi combinati, la giunzione di riferimento consente agli ioni H di passare liberamente tra le semicelle di riferimento e di rilevamento per completare il circuito elettrico. Le giunzioni più comuni sono realizzate in materiale ceramico e sono disponibili in formato singolo o doppio. 

 

Gli elettrodi economici a singola giunzione sono ideali per applicazioni generiche e applicazioni di acqua più pulita. In genere non sono raccomandati per l’uso con campioni contenenti proteine, sostanze organiche, metalli pesanti, solfuri, tamponi Tris o qualsiasi altro mezzo biologico. Questi campioni reagiranno con la quantità di argento presente negli elettrodi. Si consigliano elettrodi a doppia giunzione per queste applicazioni perché hanno una barriera aggiuntiva che impedisce questa reazione. Gli elettrodi a doppia giunzione tendono inoltre a durare più a lungo per molte applicazioni proprio grazie a questa barriera aggiuntiva.

 

Box di approfondimento 

Misurazione della temperatura e compensazione della temperatura

Come per qualsiasi misurazione del pH, è importante considerare la misurazione della temperatura nella scelta dell’elettrodo corretto per il proprio campo di applicazione. 

Il pH di una soluzione, infatti, può variare notevolmente a seconda della temperatura del campione e qualsiasi variazione di temperatura influenza a sua volta le letture.

Quasi tutti i contatori dispongono di compensazione della temperatura manuale o automatica come caratteristica standard. 

  • La compensazione manuale della temperatura richiede all’utente di immettere manualmente il valore di temperatura misurato del campione da misurare. 
  • La compensazione automatica della temperatura, invece, misura continuamente la temperatura e corregge le variazioni di un elettrodo e delle letture dovute a una variazione della temperatura della soluzione. Quest’ultima richiede una sonda aggiuntiva per misurare la temperatura.

 

Tipi di connessione

Cole-Parmer offre una varietà di tipi di connessione con cui l’elettrodo pH si collega ad un pHmetro. Ecco un elenco dei più comuni:

  • BNC: la connessione BNC è il tipo di connessione dell’elettrodo più comune e universale
  • Connettore DIN – Questa è ancora una connessione relativamente comune e di solito è per sonde con un ATC incorporato
  • Standard USA: si tratta di uno standard più vecchio utilizzato meno frequentemente
  • Punta del pin: questo tipo di connessione è stato utilizzato principalmente con elettrodi a mezza cellula che sono stati sostituiti con elettrodi combinati

 

Oltre all’elettrodo pH, l’ATC ha anche una connessione specializzata. Le sonde ATC sono meno universali poiché la maggior parte dei produttori utilizza un diverso tipo di sensore di temperatura e tipo di connessione. Di solito è meglio trovare l’elettrodo ATC appropriato guardando nella sezione accessori del manuale dei misuratori di pH. Ecco alcune opzioni:

 

  • Mini DIN
  • DIN a 8 pin
  • Cinch
  • 4 pin
  • Spina RCA
  • Jack phono (3,5 mm o altro)

 

Ad ogni ambito di applicazione il proprio elettrodo!

Una breve guida alla selezione dell’elettrodo che fa per te, a seconda del campo di applicazione identificato:

  • Campioni biologici: doppio giunto o elettrodo ROSS
  • Prodotti farmaceutici – elettrodo a doppia giunzione o ROSS
  • Acido fluoridrico – elettrodo di antimonio o HF
  • Campioni a bassa resistenza ionica e pioggia acida – stili AccuFlow o Sure-Flow
  • Acqua di alimentazione della caldaia e acqua distillata – stili AccuFlow o Sure-Flow
  • Acqua potabile – Ag / AgCl standard a singola giunzione
  • Acque reflue: doppia giunzione o elettrodo ROSS
  • Soluzioni con metalli pesanti – Doppia giunzione
  • Campioni di terreno: elettrodo di terreno o doppia giunzione
  • pH> 9 e Na alto – La maggior parte degli elettrodi a giunzione singola o doppia, Ag / AgCl
  • Temperatura elevata o in rapido cambiamento: stili ROSS
  • Superfici piane umide – Stile superficie piatta
  • Formaggio, agar, carta e pelle: stile a superficie piatta
  • Campioni semisolidi: punta di lancia, Ag / AgCl, ISFET
  • Frutta, formaggio e carne – Punta di lancia, Ag / AgCl, ISFET
  • Campioni, solventi e alcoli non acquosi: stili AccuFlow, stili Sure-Flow o doppia giunzione
  • Campioni viscosi, fanghi, solidi sospesi e fanghi: stili AccuFlow, stili Sure-Flow, doppia giunzione o ISFET
  • Emulsioni e oli: stili AccuFlow, stili Sure-Flow, doppia giunzione o ISFET
  • Vernici e inchiostri: stili AccuFlow, stili Sure-Flow, doppia giunzione o ISFET

 

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