تعیین میزان pH آب – اندازه گیری روتین یا مداوم PH
تعیین میزان pH آب – اندازه گیری روتین یا مداوم PH:
اندازهگیری pH آب بهعنوان یکی از پارامترهای مهم در ارزیابی کیفیت آب مصرفی در بتن، نقش مهمی در تحقیقات و کاربردهای مرتبط با صنعت بتن ایفا میکند. مرکز تحقیقات بتن «متب» با بهرهگیری از روش آزمون B استاندارد ASTM D1293، اندازهگیری دقیق و قابل اعتماد pH را در شرایط آزمایشگاهی و فرآیندهای صنعتی مرتبط با تولید و ارزیابی بتن ارایه میدهد. این روش با استفاده از تکنیکهای استانداردسازی مستقیم و غیرمستقیم، امکان پایش pH را در نمونههای دستهای و سیستمهای جریاندار فراهم میکند. تجهیزات مقاوم شامل pH مترهای آزمایشگاهی و فرآیند، الکترودهای شیشهای و مرجع، و محفظههای الکترود مناسب برای جریان یا غوطهوری، بهگونهای طراحی شدهاند که نیازهای متنوع پروژههای تحقیقاتی و صنعتی را برآورده کنند. استانداردسازی دقیق با محلولهای بافر تجاری و رعایت شرایط کنترلشده، دقت نتایج را تا حدود ۰.۱ واحد pH تضمین میکند. این روش برای پایش مداوم یا گاه بهگاه pH در فرآیندهای مرتبط با بتن، با در نظر گرفتن تداخلات محیطی، ابزاری کارآمد و قابل اعتماد ارائه میدهد.
دامنه
این روش آزمون برای اندازهگیری روتین pH در آزمایشگاه و اندازهگیری pH در شرایط مختلف فرآیندی استفاده میشود.
روش آزمون
در این روش آزمون، برای نمونههای دستهای روتین از تکنیک استانداردسازی مستقیم استفاده میشود. دو محلول بافر برای استانداردسازی دستگاه تحت پارامترهای کنترلشده به کار میروند، اما شرایط این روش تا حدی کمتر از روش آزمون A محدود کننده است. در سیستمهای جریاندار، از روش استانداردسازی غیرمستقیم استفاده میشود که در آن نمونههای لحظهای (گرب) بهصورت دورهای برداشت میشوند تا مقدار pH پایششده (سیستم) با قرائت یک pH متر آزمایشگاهی مقایسه شود.
تجهیزات
۱- pH متر
- نوع دستگاه دیجیتال
- از ویژگی های مهم قابلیت کالیبراسیون (دستی یا خودکار) و تصحیح دمایی (دستی یا خودکار)
- داشتن قابلیت خواندن مقدار pH تا دقت ۰٫۰۱ و نمایش میلیولت برای کمک به عیبیابی
۲- الکترود شیشهای
- عملکرد باید در حدود استاندارد های عنوان شده باشد
- دارای سیم محافظتشده
- الکترودهای نو یا خشکشده باید مطابق دستورالعمل سازنده شرطیسازی و نگهداری شوند
۳- الکترود مرجع
- قابل استفاده به صورت جداگانه (نیمسل) یا یکپارچه با الکترود شیشهای (الکترود ترکیبی)
- عناصر داخلی آن شامل: کالومل، نقره/کلرید نقره، یا جفت ردوکس ید-یودی
- جهت دستیابی به عملکرد مطلوب استفاده از نوع یکسان عنصر مرجع در هر دو الکترود
- اتصال به نمونه از نوع جریاندار یا غیرجریاندار
نکات کاربردی:
- برای روش آزمون A باید از اتصال جریاندار استفاده شود.
- در صورت استفاده از الکترود کالومل اشباع، باید بلورهای کلرید پتاسیم در محلول وجود داشته باشد.
- در اتصال جریاندار، طراحی الکترود باید امکان تشکیل اتصال مایع تازه و شستشوی آثار محلول را فراهم کند.
- برای حفظ جریان آهسته، فشار داخلی باید کمی بیشتر از فشار خارجی باشد (مثلاً با بالاتر نگه داشتن سطح محلول داخلی).
- این الزامات فشار برای اتصال غیرجریاندار لازم نیست.
- عملکرد کلی الکترود مرجع و اتصال آن باید مطابق با روش استاندارد باشد.
۴- جبرانکننده دما (ترموکمپنساتور)
- اصلاح خودکار تغییرات شیب الکترود شیشهای نسبت به دما (ولی نه تغییرات ذاتی pH نمونه بر اثر دما)
- در صورت ثابت بودن دمای آب و استفاده تحلیلگر از قابلیت جبران دستی دمای pH متر، استفاده از جبرانکننده خودکار ضروری نیست.
۵- ابزار اندازهگیری pH فرآیندی، ابزارهایی که برای اندازهگیری pH در فرآیندها استفاده میشوند، به طور کلی بسیار مقاومتر از ابزارهایی هستند که برای اندازهگیریهای بسیار دقیق در آزمایشگاه به کار میروند.
۵-۱ – محفظه الکترود، برای اندازهگیری pH در فرآیندها، الکترودها و جبرانکننده دما در یک محفظه یا سلول الکترود نصب میشوند.
۵-۱-۱- محفظه جریاندار، این محفظه الکترودها را به طور کامل در بر میگیرد و نمونه از طریق لولهکشی به داخل و خارج محفظه در یک پیکربندی جریاندار هدایت میشود. محفظههای تجاری موجود معمولاً میتوانند دماهای تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد، محدوده pH از ۰ تا ۱۴ و فشارهای تا ۱۰۳۴ کیلوپاسکال (تقریباً ۱۵۰ psi) را تحمل کنند.
۵-۱-۲- محفظه غوطهوری، این نوع محفظه، مناسب برای اندازهگیری در جریانهای باز یا مخازن، الکترودها را محافظت میکند اما به طور کامل آنها را در بر نمیگیرد. محفظههای غوطهوری برای استفاده در عمق تا ۳۰ متر (۱۰۰ فوت) در دسترس هستند.
۵-۲- انتقال سیگنال، الکترود شیشهای معمولاً یک دستگاه با امپدانس بالا است که تنها جریان بسیار ناچیزی از آن میتوان برداشت کرد. برای اتصال الکترود به تحلیلگر pH باید از کابل محافظدار استفاده شود. سیگنال معمولاً میتواند تا فاصله ۳۰۰ متر (تقریباً ۱۰۰۰ فوت) بدون افت دقت منتقل شود، مشروط بر اینکه توصیههای سازنده بهدقت رعایت شوند. با این حال، مسیرهای طولانی در معرض نویز الکتریکی و نشت سیگنال با امپدانس بالا هستند. سیگنال معمولاً برای فواصل بیش از ۵ متر (تقریباً ۱۶ فوت) تقویت میشود.
۵-۳- بازانتقال سیگنالpH ، سیگنال خروجی الکتریکی ابزارهای pH مستقیم باید از مدار اندازهگیری الکترود بهصورت الکتریکی ایزوله شود تا از مشکلات حلقه زمین (ground loop) هنگام اندازهگیری pH در نمونههای متصل به زمین و اتصال سیگنال خروجی به کامپیوتر، سیستم کنترل، سیستم جمعآوری داده یا سایر تجهیزات متصل به زمین جلوگیری شود.
مواد شیمیایی
محلولهای بافر آماده تجاری معمولاً برای استانداردسازی در روش آزمون B کافی هستند. این محلولهای بافر تجاری معمولاً دارای مقادیر pH نزدیک به ۴، ۷ و ۱۰ هستند و مقدار دقیق pH و دمای استفاده توسط تأمینکننده بافر مشخص ارائه میشود. بافر با pH 10 بهویژه در برابر آلودگی ناشی از دیاکسید کربن موجود در اتمسفر حساس است و بطریهای پرکاربرد یا نیمهپر بهخصوص در معرض این خطا هستند.
استانداردسازی
تحلیلگر را روشن کنید و اجازه دهید طبق دستورالعملهای سازنده کاملاً گرم شود. الکترودها، جبرانکننده دما و ظرف نمونه را با سه بار تعویض آب یا با استفاده از جریان آب از بطری شستشو بشویید. در صورت استفاده از اتصال مرجع آستینی، یک اتصال مایع جدید ایجاد کنید. اگر قرار است از جبران دمایی دستی استفاده شود، دمای نمونه آب را یادداشت کرده و درجه دمایی دستگاه را مطابق با آن تنظیم کنید.
استانداردسازی مستقیم:
۱- دو محلول بافر مرجع انتخاب کنید که مقادیر pH آنها محدوده pH مورد انتظار نمونه آب را در بر بگیرند. محلول مرجع را گرم یا خنک کنید تا دمای آن به ±۲ درجه سانتیگراد دمای نمونه آب برسد.
۲- ظرف نمونه را با اولین محلول بافر مرجع پر کنید و الکترودها را در آن غوطهور کنید. مقدار pH شناختهشده محلول بافر مرجع را طبق دستورالعملهای سازنده دستگاه تنظیم کنید. این کار را با مقادیر متوالی محلول بافر مرجع تکرار کنید تا دو قرائت متوالی دستگاه بهدست آید که از مقدار pH محلول بافر بیش از ۰.۰۲ واحد pH تفاوت نداشته باشد.
۳- الکترودها و ظرف نمونه را سه بار با آب بشویید. دومین محلول بافر مرجع را در ظرف نمونه قرار دهید و pH را اندازهگیری کنید. کنترل شیب را تنظیم کنید تا قرائت با مقدار اصلاحشده دمایی دومین محلول بافر مرجع مطابقت داشته باشد. مانند قبل، از مقادیر اضافی دومین محلول بافر مرجع استفاده کنید تا دو قرائت متوالی بهدست آید که بیش از ۰.۰۲ واحد pH تفاوت نداشته باشند.
۴- اگر اندازهگیری pH بهصورت گاهبهگاه انجام میشود، مجموعه را هر بار قبل از استفاده استاندارد کنید. در یک سری طولانی از اندازهگیریها، استانداردسازی اولیه و نهایی را با بررسیهای دورهای در فواصل منظم تکمیل کنید. از آنجا که مجموعههای pH تجاری موجود دارای درجات مختلفی از پایداری اندازهگیری هستند، این بررسیها را در فواصل ۳۰ دقیقهای انجام دهید، مگر اینکه مشخص شود بررسیهای کمتر نیز برای اطمینان از عملکرد کافی است. برای اندازهگیریهای مستقیم مداوم، فرکانس کالیبراسیون باید بر اساس تجربه تعیین شود، زیرا به شدت به کاربرد وابسته است.
استانداردسازی غیرمستقیم:
۱- این روش زمانی استفاده میشود که برداشتن الکترودها از جریان جاری یا ظرف در حال اندازهگیری pH عملی یا راحت نباشد. استفاده از یک pH متر آزمایشگاهی یا تحلیلگر فرآیند اضافی لازم است.
۲- pH متر آزمایشگاهی یا تحلیلگر فرآیند اضافی را طبق مراحل شرح داده شده در بخش استاندارد سازی مستقیم، استاندارد کنید.
۳- یک نمونه لحظهای (گرب) از آب نزدیک به محل الکترودها یا از خروجی محفظه جریاندار جمعآوری کنید. pH این نمونه لحظهای را بلافاصله با استفاده از pH متر آزمایشگاهی استانداردشده اندازهگیری کنید.
۴- کنترل استانداردسازی تحلیلگر فرآیند را تنظیم کنید تا قرائت با pH نمونه لحظهای مطابقت داشته باشد. فرآیند جمعآوری نمونه لحظهای، تجزیهوتحلیل و تنظیم را تکرار کنید تا دو قرائت متوالی بهدست آید که بیش از ۰.۰۵ واحد pH یا در محدوده دقت قابلقبول تفاوت نداشته باشند.
یادداشت: استانداردسازی غیرمستقیم بهگونهای که در بالا توضیح داده شد، نمیتواند زمانی استفاده شود که pH آب مورد آزمایش بیش از ۰.۰۵ واحد pH نوسان داشته باشد. در صورت نوسان pH، استانداردسازی باید در کوتاهترین زمان ممکن انجام شود. ضروری است که نمونه لحظهای نماینده آب در تماس با الکترودهای تحلیلگر استانداردشده باشد. یکپارچگی نمونه لحظهای باید تا زمان اندازهگیری pH آن حفظ شود و دمای آن ثابت بماند. روش جایگزینی که انعطافپذیری بیشتری ارائه میدهد، با استفاده از تحلیلگرهای فرآیند تجاری موجود که دارای عملکرد نگهداری (hold) هستند، امکانپذیر است. این عملکرد بهصورت دستی در زمان گرفتن نمونه لحظهای فعال میشود، مقدار pH را روی صفحه نمایش نگه میدارد و زمان کافی برای اندازهگیری نمونه لحظهای و استفاده از مقدار آن برای کالیبراسیون فراهم میکند. پس از این استانداردسازی، عملکرد نگهداری غیرفعال میشود.
۵- استانداردسازی غیرمستقیم یک کالیبراسیون تکنقطهای است و پاسخ مناسب الکترودها را در محدوده pH برقرار نمیکند.
روش اجرایی، نمونههای دستهای
۱- مجموعه را طبق توضیحات بخش استاندارد سازی مستقیم، استاندارد کنید و الکترودها را با سه بار تعویض آب یا با استفاده از جریان آب از بطری شستشو بشویید.
۲- نمونه آب را در یک بشر شیشهای تمیز که مجهز به دماسنج و میله همزن است، قرار دهید. در طول دوره اندازهگیری pH، نمونه را با سرعتی هم بزنید که از پاشیدن جلوگیری کند و از دست دادن یا جذب گازهای اسیدی یا قلیایی از طریق تعامل با اتمسفر جلوگیری شود. در صورت لزوم، نمونههای غیرهمگن را با شدت کافی هم بزنید تا فازهای مختلف مخلوط شوند.
۳- الکترودها را وارد نمونه کنید و یک مقدار pH اولیه تعیین کنید (قرائت ممکن است تغییر کند). بخشهای متوالی نمونه آب را اندازهگیری کنید تا زمانی که قرائتهای دو بخش متوالی بیش از ۰.۰۵ واحد pH تفاوت نداشته باشند. معمولاً دو بخش کافی است اگر آب بهخوبی بافر شده باشد.
۴- مقدار pH و دمای نمونه را ثبت کنید.
یادداشت: تعیین مداوم pH ، انتخاب الکترودها و محفظه الکترود باید متناسب با ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی آب فرآیند باشد. محفظه الکترود از نوع غوطهوری را طوری قرار دهید که نمونهگیری تازه و نماینده بهصورت مداوم در تماس با الکترودها باشد. ممکن است برای بهبود یکنواختی نیاز به همزدن باشد. اندازهگیریهای pH فرآیند معمولاً از جبران دمایی خودکار استفاده میکنند. مقدار pH معمولاً بهصورت مداوم نمایش داده میشود و میتوان آن را در هر زمان مشخص ثبت کرد. همچنین، مقادیر pH متوالی را بهطور مکرر ثبت کنید تا یک رکورد دائمی ایجاد شود. اگر دمای نمونه با گذشت زمان بهطور قابلتوجهی نوسان داشته باشد، دما نیز باید ثبت شود تا مقادیر pH بهدرستی تفسیر شوند.
گزارش
- دمای اندازهگیری را تا نزدیکترین ۱ درجه سانتیگراد گزارش کنید.
- مقدار pH را تا نزدیکترین ۰.۱ واحد pH گزارش کنید.
دقت و اریبی
- به دلیل تنوع گسترده در شرایط اندازهگیری و ماهیت متغیر pH بسیاری از آبهای فرآیندی، دقت این روش آزمون احتمالاً کمتر از روش آزمون A است؛ با این حال، در شرایط کنترلشده میتوان به دقتی در حدود ۰.۱ واحد pH دست یافت.
- دادههای دقت و تورش تنها با استفاده از محلولهای بافر به دست آمدهاند. مسئولیت اطمینان از اعتبار این روش آزمون برای انواع آب آزمایشنشده بر عهده کاربر است.
اندازهگیری pH آب بهعنوان یکی از پارامترهای کلیدی در ارزیابی کیفیت آب، نقش حیاتی در فرآیندهای مرتبط با تولید و ارزیابی بتن ایفا میکند. واحد آزمایشگاه بتن مرکز تحقیقات بتن «متب» با بهرهگیری از روش آزمون B استاندارد ASTM D1293، رویکردی دقیق و قابل اعتماد برای پایش pH آب در شرایط آزمایشگاهی و صنعتی ارائه میدهد. این روش با استفاده از تجهیزات پیشرفته نظیر pH مترهای دیجیتال، الکترودهای شیشهای و مرجع، و محفظههای الکترود مقاوم، امکان اندازهگیری دقیق pH را در نمونههای دستهای و سیستمهای جریاندار فراهم میکند. استانداردسازی دقیق با محلولهای بافر تجاری و رعایت شرایط کنترلشده، دقتی تا حدود ۰.۱ واحد pH را تضمین میکند. این روش، با در نظر گرفتن تداخلات محیطی و نیازهای متنوع پروژههای تحقیقاتی و صنعتی، ابزاری کارآمد برای پایش روتین یا مداوم pH ارائه میدهد و به بهبود کیفیت فرآیندهای مرتبط با بتن کمک میکند.
برای کسب اطلاعات بیشتر درباره خدمات اندازهگیری pH آب مصرفی در بتن و سایر روشهای آزمون استاندارد در آزمایشگاه بتن مرکز تحقیقات بتن (متب)، با ما تماس بگیرید یا از وبسایت رسمی «متب» بازدید کنید. کیفیت بتن خود را با راهکارهای علمی و دقیق ما تضمین کنید.
جهت مطالعه روش تعیین یون کلرید در آب به روش A برای اندازهگیری دقیق آزمایشگاهی با استفاده از حداقل دو بافر مرجع کلیک نمایید.