ทักษะพื้นฐานสำหรับการปฏิบัติการวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม

การตรวจวัดค่าพีเอช (pH) โดยวิธีไฟฟ้า (Electrometric method)

หลักการ
การวัดพีเอช คือการวัดสภาพความเป็นกรอหรือความเป็นด่างของสารละลาย ที่มีน้ำเป็นตัวทำละลาย (Aqueous Solution) โดยวัดค่าความต่างศักย์ที่เกิดขึ้น (Potential) ระหว่างอิเล็คโทรดอ้างอิง (Reference Electrode) กับอิเล็คโทรดตรวจวัด (Sensing Electrode) ความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นจากจำนวนของไฮโดรเจนไอออน (H+) อิเล็คโทรดจะเปลี่ยนความต่างศักย์ที่เกิดจากอิออน (lonic Potential) ให้เป็นความต่างศักย์ไฟฟ้า (Electronic Potential) แล้วขยายให้มีความต่างศักย์สูงขึ้นด้วยเครื่องวัดพีเอช (Potentiometer)

เครื่องมือและอุปกรณ์
- เครื่องวัดพีเอช
- เครื่องวัดพีเอชเป็นเครื่องมือทางไฟฟ้าที่ใช้วัดพีเอชของสารละลายโดยหลักการวัดความต่างศักย์ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วนคือ อิเล็คโทรดและตัวเครื่อง
1. อิเล็คโทรดทำหน้าที่เป็นภาคตรวจรับ ในปัจจุบันส่วนใหญ่เป็นอิเล็คโทรดรวม (combination pH Electrode) ซึ่งออกแบบไว้ให้สะดวกในการใช้งาน โดยรวมอิเล็คโทรดอ้างอิงและอิเล็คโทรดตรวจวัดมาอยู่ด้วยกัน อิเล็คโทรดตรวจทำด้วยแก้วพิเศษที่ยอมให้ไฮโดรเจนอิออนผ่าน ส่วนใหญ่ออกแบบเป็นรูปกระปาะ ภายในบรรจุบัฟเฟอร์เอาไว้ อิเล็คโทรดอ้างอิงทำหน้าที่ให้ศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่ขั้วตรวจวัดเกิดครบวงจร โดย KCI ชนิดอิ่มตัวที่อยู่ในอิเล็คโทรดอ้างอิงซึมผ่านออกมาเป็น Salt bridge เชื่อมกับอิเล็คโทรดตรวจวัด
2. ตัวเครื่อง (Potentiometer) ทำหน้าที่สำคัญ 3 ประการคือ
- ปรับความต่างศักยฺให้กับอิเล็คโทรดอ้างอิงให้มีค่าความต่างศักย์เป็นศูนย์และคงที่
- แปลสัญญาณจากความต่างศักย์ของอิออนของอิเล็คโทรดให้เป็ฯความต่างศักย์ทางไฟฟ้า
- ขยายสัญญาณของความต่างศักย์ทางไฟฟ้าให้เพิ่มมากขึ้นอย่างเพียงพอให้เข็มหรือตัวเลขแสดงออกมาทางมิเตอร์
3. บีกเกอร์ ขนาด 100 มล.
4. Magnetic stirrer

สารเคมี
- สารละลายมาตรฐานพีเอช (บัฟเฟอร์)
การเตรียมสารละลายมาตรฐานพีเอช (บัฟเฟอร์) สามารถทำได้โดยดูจากตารางที่ 1 สารละลายบัฟเฟอร์เป็นสารอินทรีย์ จึงอาจเสื่อมคุณภาพเพราะการเจริญเติบโตของเชื้อราหรือจากการปนเปื้อนของสารอื่น ดังนั้นจึงมีการเตรียมไว้ใช้ใหม่ๆ เสมอ สำหรับน้ำกลั่นที่นำมาใช้เตรียมควรมีค่าสภาพการนำไฟฟ้าที่ 20 องศาเซลเซียส น้อยกว่า 2 ?mho/cm และมีพีเอชอยู่ในช่วง 5.6 – 6.0 สารละลายบัฟเฟอร์ควรเก็บในขวด polyethylene

วิธีวิเคราะห์
ขั้นตอนที่ 1 เปิดเครื่องวัดพีเอชโดยการกดปุ่ม On (1019778)

ขั้นตอนที่ 2 หลังจากเปิดเครื่องแล้วควรปล่อยให้เครื่องทำงานอย่างน้อย 15 นาทีก่อนใช้งาน
เลือกหมวด พีเอช

ขั้นตอนที่ 3 ตวงตัวอย่างน้ำใส่บีกเกอร์ขนาด 200 มล.

ขั้นตอนที่ 4 ฉีดล้างอิเล็คโทรดด้วยน้ำกลั่นและซับด้วยกระดาษเบาๆ

ขั้นตอนที่ 5 จุ่มอิเล็คโทรดแล้วแกว่งเบาๆ วนรอบบีกเกอร์ จนตัวเลขแสดงค่าพีเอชหยุดนิ่ง อ่านค่าและบันทึกผล

ขั้นตอนที่ 6 ฉีดล้างอิเล็คโทรดด้วยน้ำกลั่นและซับด้วยกระดาษเบาๆ ทำซ้ำ 2-3 ครั้ง เพื่อให้เกิดความแม่นยำ

ตารางที่ 1 การเตรียมสารละลายมาตรฐาน (พีเอชบัฟเฟอร์) สูตรต่างๆที่ อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส

สารละลายมาตรฐานปฐมภูมิ
(primary standards)

ค่าพีเอชที่ 25 เซลเซียส

น้ำหนักสารเคมี (กรัม) ที่ต้องใช้ต่อน้ำกลั่น ปริมาตร 1,000 มล.

โปแทสเซียมไฮโดรเจนตาร์เตรด (อิ่มตัว)
โปแทสเซียมไดไฮโดรเจนซิเตรด 0.05 N
โปแทสเซียมไฮโดรเจนพทาเลด 0.05 N
โปแทสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต 0.025 N + ไดโซเดียมไฮโดรเจนฟอสเฟต 0.025 N
โปแทสเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟต 0.008695 N + ไดโซเดียมไฮโดรเจนฟอสเฟต 0.03043 N
โซเดียมบอเรตเดคคาไฮเดรต (บอแรกซ์)0.01 N
โซเดียมไบคาร์บอเนต 0.025 N + โซเดียมคาร์บอเนต 0.025 N
โปแทสเซียมเตตระออกซาเลตไดไฮเดรต 0.025 N
แคลเซียมไฮดรอกไซด์ (อิ่มตัวที่ 25 องศาเซลเซียส)

3.557
3.776
4.008

6.865

7.413

9.180

10.012

1.679

12.454

KHC4H4O6 6.4 กรัม(A)
KH2C6H5O7 11.14 กรัม
KHC8H4O4 1012 กรัม

KH2PO4 3.388 กรัม(B) +
Na2HPO4 3.533 กรัม(B,C)

KH2PO4 1.179 กรัม(B) +
Na2HPO4 4.301 กรัม(B,C)
Na2B4O7.10H2O 3.80 กรัม(C)

NaHCO3 2.090 กรัม +
NaCO3 2.640 กรัม
KH2C4O8.2H2O 12.61 กรัม

Ca(OH)2 1.5 กรัม(A)

(A) อำนาจการละลายโดยประมาณ (B) สารเคมีแห้ง หลังจากอบความร้อนที่ 110 – 130 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 ชั่วโมง (C) เตรียมด้วยน้ำกลั่นที่ต้มจนเดือดและปล่อยทิ้งไว้ให้เย็น (เพื่อไล่ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์)