چکیده:

PH مترها ابزارهای حیاتی در اندازه‌گیری دقیق میزان اسیدی و بازی بودن محلول‌ها هستند. این مقاله به بررسی جامع pH مترها می‌پردازد، با تمرکز بر انواع مختلف این دستگاه‌ها که شامل pH مترهای رومیزی، پرتابل، قلمی، کنترل فرآیند و کاغذی هستند. هر نوع از این دستگاه‌ها برای کاربردهای خاصی طراحی شده و دارای ویژگی‌های متفاوتی بر اساس نیازهای کاربر است.در بخش ساختار و اجزای مقاله، اجزای مهم pH متر را تشریح می‌کند. اهمیت کالیبراسیون برای حفظ دقت و صحت دستگاه‌ها مورد تأکید قرار می‌گیرد، و روش‌های مختلف کالیبراسیون شامل استفاده از محلول‌های استاندارد با pH معلوم بررسی می‌شود. همچنین، مقاله به نحوه کنترل و بهینه‌سازی دقت و صحت اندازه‌گیری‌ها از طریق نگهداری صحیح الکترودها و جبران دما می‌پردازد.

مقدمه:

PHسنج دستگاهی الکترونیکی است که برای اندازه‌گیری میزان اسیدی یا بازی بودن یک محلول استفاده می‌شود. این دستگاه مقدار PHرا که یک شاخص عددی برای بیان درجه اسیدی یا بازی بودن است، ارائه می‌دهد.

PHسنج معمولاً شامل یک پروب (یا الکترود) است که در محلول مورد نظر قرار داده می‌شود و یک نمایشگر که مقدار PH را نشان می‌دهد.

مقیاس pH از 0 تا 14 متغیر است:

• pH کمتر از 7 نشان‌دهنده اسیدی بودن است.
• pH برابر با 7 خنثی است، مانند آب خالص.
• pH بیشتر از 7 نشان‌دهنده بازی بودن (قلیایی بودن) است.

pH سنج‌ها به طور گسترده در آزمایشگاه‌ها، کشاورزی، تصفیه آب، تولید مواد غذایی و نوشیدنی و هر فرآیندی که نیاز به اندازه‌گیری دقیق pH دارد، استفاده می‌شوند. مزیت استفاده از pH سنج نسبت به روش‌های سنتی (مثل کاغذ لیتموس) دقت بالاتر و قابلیت ارائه PH دارد، استفاده می شوند.

کاربرد PH سنج:

در آزمایشگاه‌های بالینی، pH سنج‌ها دارای کاربردهای متنوع و مهمی هستند که شامل موارد زیر می‌شود:

1. آزمایش‌های خون و ادرار:PHسنج‌ها برای اندازه‌گیری میزان اسیدی یا بازی بودن خون و ادرار استفاده می‌شوند که می‌تواند اطلاعات مهمی درباره سلامتی بیمار ارائه دهد، مانند ارزیابی وضعیت تنفسی و متابولیک.
2. آزمایش‌های میکروبیولوژی: در کشت‌های میکروبی، کنترل pH محیط کشت برای رشد بهینه میکروارگانیسم‌ها بسیار حیاتی است. pH سنج‌ها به تنظیم دقیق این شرایط کمک می‌کنند.
3. تحلیل‌های بیوشیمیایی: در واکنش‌های آنزیمی و دیگر فرآیندهای بیوشیمیایی، pH محیط می‌تواند فعالیت یا غیرفعال شدن آنزیم‌ها را تحت تأثیر قرار دهد. لذا اندازه‌گیری و تنظیم دقیق pH بسیار مهم است.
4. کنترل کیفیت: در آزمایشگاه‌هایی که بر روی تولید و کنترل کیفیت محصولات آرایشی و بهداشتی کار می‌کنند؛ pH سنج‌ها برای تضمین سازگاری محصول با پوست انسان و پایداری آن مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در هر یک از این موارد، دقت و قابلیت اطمینان pH سنج برای دستیابی به نتایج درست و قابل اعتماد بسیار مهم است.

انواع PH  سنج:

PH سنج‌ها در انواع مختلفی وجود دارند که هر یک برای کاربردهای خاصی طراحی شده‌اند. در اینجا به برخی از انواع رایج pH سنج‌ها اشاره می‌کنم:

1. pH سنج رومیزی:
   • این نوع برای استفاده در آزمایشگاه‌ها طراحی شده و معمولاً دارای امکاناتی مانند کالیبراسیون چند نقطه‌ای و جبران دما است.
   • به دلیل دقت بالا، معمولاً در پژوهش‌ها و تحلیل‌های دقیق به کار می‌رود.

2. pH سنج پرتابل (قابل حمل):
   • برای اندازه‌گیری‌های میدانی طراحی شده است. این دستگاه‌ها معمولاً مقاوم در برابر آب و ضربه هستند و برای کاربردهای سریع و ساده مناسب‌اند.
   • گزینه‌ای ایده‌آل برای استفاده در محیط‌های بیرون از آزمایشگاه و در محل‌های کاری متنوع مانند کشاورزی و محیط‌ زیست.
3. pH سنج قلمی:
   • شکل کوچک و قلمی دارند و به راحتی قابل حمل هستند. مناسب برای استفاده‌های سریع و ساده در آزمایشگاه‌ها یا کارخانه‌ها.
   • این نوع دستگاه‌ها بیشتر برای اندازه‌گیری‌های نسبی مورد استفاده قرار می‌گیرند و ممکن است از دقت بالایی نسبت به انواع پیشرفته برخوردار نباشند.
4. pH سنج کنترل فرآیند:
   • در صنایع برای مانیتورینگ و کنترل خودکار فرآیندهای تولیدی استفاده می‌شود.
   • این دستگاه‌ها به سیستم‌های کنترل صنعتی متصل می‌شوند و می‌توانند به صورت مداوم pH را رصد کرده و در صورت نیاز تنظیمات خودکار را انجام دهند.
5. pH سنج‌های خاص:
   • شامل مواردی می‌شوند که برای کاربردهای خاص طراحی شده‌اند، مانند اندازه‌گیری pH در خاک، غذا، یا صنایع خاص.
   • این دستگاه‌ها ممکن است پروب‌های ویژه یا ویژگی‌های خاصی برای بهینه‌سازی اندازه‌گیری در محیط‌های خاص داشته باشند.
6. کاغذهای pH سنج:

همان کاغذهای تورنسل ابزاری ساده و سریع برای اندازه‌گیری تقریبی pH محلول‌ها هستند. این کاغذها با مواد شیمیایی خاصی آغشته شده‌اند که در تماس با محلول‌های اسیدی یا بازی، رنگ خود را تغییر می‌دهند. با قرار دادن نوار در محلول، می‌توانید بر اساس تغییر رنگ و مقایسه آن با مقیاس رنگی استاندارد روی بسته‌بندی، مقدار تقریبی pH را تعیین کنید.کاغذهای pH معمولاً در مواردی که نیاز به دقت بسیار بالا نیست استفاده می‌شوند. کاغذهای pH بیش‌تر برای اندازه‌گیری‌های تقریبی مناسب هستند.در محلول‌هایی با رنگ تیره، ممکن است خواندن نتایج دقیق مشکل باشد و تداخل رنگی ایجاد نماید.

اجزای تشکیل دهنده PH  سنج:

یک دستگاه pH سنج به طور کلی از چند بخش اصلی تشکیل شده است که هر کدام نقشی خاص در فرآیند اندازه‌گیری pH ایفا می‌کنند:

1. پروب الکترود pH):)
   • این بخش اصلی‌ترین قسمت دستگاه است که مستقیماً با نمونه تماس دارد. پروب شامل یک الکترود شیشه‌ای حساس به pH است که به تغییرات غلظت یون‌های هیدروژن پاسخ می‌دهد.
   • الکترودها به ویژه برای اندازه‌گیری‌های دقیق و حساس طراحی شده‌اند و ممکن است شامل الکترود مرجع نیز باشند که به پایداری و دقت اندازه‌گیری کمک می‌کند.
2. متر pH:
   • این بخش دستگاهی است که سیگنال‌های الکتریکی دریافت شده از پروب را به یک مقدار pH قابل خواندن تبدیل می‌کند.
   • phمترها معمولاً دارای یک صفحه نمایش دیجیتال هستند که مقدار pH را نمایش می‌دهد و ممکن است امکاناتی مانند ذخیره‌سازی داده‌ها، کالیبراسیون خودکار و جبران دما داشته باشند.
3. کالیبراسیون:
   • pH سنج‌ها نیاز به کالیبراسیون منظم دارند تا دقت اندازه‌گیری‌ها تضمین شود. برای این کار از محلول‌های استاندارد با pH‌های معلوم استفاده می‌شود.
   • بیشتر دستگاه‌ها دارای گزینه‌های کالیبراسیون خودکار هستند که فرآیند را ساده‌تر و سریع‌تر می‌کند.
4. جبران دما:
   • pH محلول‌ها می‌تواند با دما تغییر کند، بنابراین بسیاری از pH سنج‌ها دارای سنسور دمایی هستند تا این تغییرات را جبران کنند و اندازه‌گیری دقیق‌تری ارائه دهند.
5. بدنه و طراحی دستگاه:
   • بدنه pH سنج‌ها معمولاً محکم و ضد آب ساخته می‌شود تا در محیط‌های مختلف آزمایشگاهی دوام بیاورد.
   • طراحی ارگونومیک و نمایشگر آسان خواندن نیز در دستگاه‌های مدرن رایج است.

این اجزا با هم کار می‌کنند تا اندازه‌گیری دقیق و قابل اعتمادی از میزان pH نمونه فراهم کنند.

کالیبراسیون pHمتر

کالیبراسیون دستگاه PHمتر اساسی ترین قدم برای اطمینان از دقت و صحت اندازه گیری PH است.

تعداد دفعاتی که باید دستگاه را کالیبره کنیم به تعداد دفعات استفاده از این دستگاه بستگی دارد؛ اگر روزانه و به طور مداوم با دستگاه کارمی کنید بهتر است 2 بار در ماه این کار را کنید و یا اگر محلول ها یا واکنش های حساسی را انجام می دهید یا PHمحلول های قوی را اندازه گیری می کنید یا در صورت استفاده نکردن طولانی مدت از PHمتر بهتر است که قبل از استفاده هربار دستگاه کالیبره شود تا از درستی نتایج مطمئن باشیم.

کالیبراسیون تک نقطه ای (One Point Calibration) :این کالیبراسیون برای استفاده های معمول PH کاربرد دارد و از یک محلول مرجع با PH مشخص استفاده می شود.

کالیبراسیون دو تا سه نقطه ای: این کالیبراسیون قبل از اندازه گیری های خیلی دقیق PH و یا بعد از استفاده نکردن طولانی مدت از دستگاه انجام می شود و از دو یا سه محلول مرجع PH استفاده می شود.

این محلول‌ها اغلب به صورت مخلوط‌های آبی با اسیدها و بازها طراحی شده‌اند تا دارای یک pH مشخص و ثابت باشند.

محلول بافر PH4.01

این محلول بافر معمولاً شامل مخلوطی از اسید سیتریک (یا فسفریک) و نمک نوتریک (یا پتاسیم) است.

محلول بافر PH 4.01 برای کالیبراسیون دستگاه PH متر در بازه PH اسیدی ) کمتر از ۷( استفاده می‌شود.

محلول بافر pH 7

این محلول بافر شامل مخلوطی از نمک پتاسیم هیدروکسید(یا فسفات)و نمک نوتریک است.

محلول بافر PH7.00 برای کالیبراسیون و تنظیم دستگاه در PHخنثی است.

محلول بافر PH 10.01

این محلول بافر شامل مخلوطی از نمک بورات و نمک نوتریک است.

محلول بافر pH 10.01 برای کالیبراسیون دستگاه pH متر در بازه PH بازیک )بالاتر از ۷( استفاده می‌شود.

در دستگاه های جدید اغلب کالیبراسیون به شکل خودکار انجام می شود. برای کالیبره کردن هنگام خرید دستگاه محلول بافر نیز تحویل داده می شود. برای کالیبره کردن دستگاه ابتدا PH متر را بر روی رقم صفر قرار می دهیم و سپس داخل محلول بافر قرار می دهیم. کالیبراسیون به طور خودکار انجام خواهد شد.

روش کالیبر کردن :

ابتدا پروب را با آب مقطر می شوییم و آن را داخل بافر مرجع PHقرار می دهیم تا اندازه گیرعدد ثابتی را نشان دهد سپس اندازه گیر را روی عدد بافر مرجع PH تنظیم می کنیم (صفر کردن) و در صورتی که کالیبر دونقطه ای انجام می دادیم مجدد برای PHبعدی هم همین کار را انجام می دهیم. حالا PHمتر تنظیم شده و آماده ی اندازه گیری است

کنترل کیفیت

بررسی صحت:

باید از محلول شناخته شده (مانند امپول یا ویال بافر با PHمشخص ) استفاده کرد و PHبدست آمده را با PHمورد انتظار مقایسه نمود و عدم صحت را از طریق فرمول Bias%محاسبه کرد.

میزان عدم صحت مجاز PHمتر 1% است.

بررسی خطی بودن در کنترل صحت :

Linearityنیز برای بررسی صحت توصیه می شود این آزمون نشان می دهد که آیا دستگاه در کل محدوده اندازه گیری خود به صورت یکنواخت و دقیق عمل می کند یا خیر.

محلول های بافر (4.01-6.86-9.18) را تهیه نمایید.

بعد از کالیبره کردن دستگاه PH هر یک از محلول های استاندارد را خوانش کنید.

مقادیر واقعی PH را در محور افقی (X) و مقادیر خوانده شده توسط دستگاه را در محور عمودی (Y)نمودار رسم نمایید.

اگر نمودار به صورت یک خط مستقیم با شیب 1 باشد نشان دهنده خطی بودن مناسب دستگاه می باشد.

بررسی دقت :

PHیک محلول را 10 بار در یک روز (CV within run)و چند روز پیاپی (Between run) اندازه گیری نمایید و میانگین، انحراف معیار و CV را محاسبه کنید.

میزان عدم دقت مجاز 2% است.