باستخدام مقياس الأس الهيدروجيني

Using a pH Meter

JoVE Science Education
General Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Science Education General Chemistry

Using a pH Meter

1.6: Determining the Solubility Rules of Ionic Compounds

1.9: Ideal Gas Law

348,288 Views

•

09:28 min

•

June 15, 2015

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Overview

المصدر: مختبر الدكتور تشونغتشي هي – وزارة الزراعة الأمريكية

الأحماض والقواعد هي مواد قادرة على التبرع بالبروتونات (H⁺) وأيونات الهيدروكسيد (OH^–) ، على التوالي. إنهما نقيضان يصفان المواد الكيميائية. يمكن أن يؤدي خلط الأحماض والقواعد إلى إلغاء أو تحييد آثارها الشديدة. المادة غير الحمضية ولا الأساسية تكون محايدة. قيم تركيز البروتون ([H⁺]) لمعظم المحاليل صغيرة بشكل غير مريح ويصعب مقارنتها بحيث تم إدخال كمية أكثر عملية ، الأس الهيدروجيني. تم تعريف الأس الهيدروجيني في الأصل على أنه اللوغاريتم العشري لمقلوب التركيز المولي للبروتونات ، ولكن تم تحديثه إلى اللوغاريتم العشري لمقلوب نشاط أيون الهيدروجين . يتم التعبير عن التعريف السابق الآن أحيانا على أنه p[H]. الفرق بين p[H] والأس الهيدروجيني صغير جدا. لقد ذكر أن الأس الهيدروجيني = ص [ح] + 0.04. من الممارسات الشائعة استخدام مصطلح “الأس الهيدروجيني” لكلا النوعين من القياسات.

يتراوح مقياس الأس الهيدروجيني عادة من 0 إلى 14. بالنسبة لمحلول 1 متر من حمض قوي ، الأس الهيدروجيني = 0 ومحلول 1 متر من قاعدة قوية ، الأس الهيدروجيني = 14. وبالتالي ، فإن قيم الأس الهيدروجيني المقاسة تقع في الغالب في النطاق من 0 إلى 14 ، على الرغم من أن القيم خارج هذا النطاق ممكنة تماما. الماء النقي محايد مع درجة الحموضة = 7. الرقم الهيدروجيني الأقل من 7 حمضي ، والرقم الهيدروجيني الأكبر من 7 أساسي. نظرا لأن مقياس الأس الهيدروجيني لوغاريتمي ، فإن الأس الهيدروجيني هو كمية بلا أبعاد. كل قيمة الأس الهيدروجيني الكاملة أقل من 7 أكثر حمضية بمقدار 10 أضعاف من العدد الصحيح التالي. على سبيل المثال ، الرقم الهيدروجيني 4 أكثر حمضية بمقدار 10 مرات من الرقم الهيدروجيني 5 و 100 مرة (10 × 10) أكثر حمضية من الرقم الهيدروجيني 6. وينطبق الشيء نفسه على قيم الأس الهيدروجيني التي تزيد عن 7 ، كل منها أكثر أساسية (أو قلوية) بمقدار 10 أضعاف من القيمة الكاملة الأقل التالية. على سبيل المثال ، الرقم الهيدروجيني 10 هو 10 مرات أكثر أساسية من الرقم الهيدروجيني 9.

Principles

يمكن تحديد الرقم الهيدروجيني للمحلول بدقة وسهولة عن طريق القياسات الكهروكيميائية باستخدام جهاز يعرف باسم مقياس الأس الهيدروجيني مع قطب حساس للأس الهيدروجيني (البروتون) (عادة زجاجي) وقطب مرجعي (عادة كلوريد الفضة أو كالوميل). من الناحية المثالية ، يمكن كتابة جهد القطب ، E ، للبروتون على النحو التالي

حيث E هو جهد مقاس ، E₀ هو جهد القطب القياسي عند H₊ = 1 مول / لتر ، R هو ثابت الغاز ، T هي درجة الحرارة بالكلفن ، F هو ثابت فاراداي.

يستخدم قطب الأس الهيدروجيني زجاجا مصابا خصيصا وحساسا للأس الهيدروجيني عند ملامسته للمحلول ، والذي يطور الإمكانات (E) التي تتناسب مع درجة الحموضة في المحلول. تم تصميم القطب المرجعي للحفاظ على إمكانات ثابتة في أي درجة حرارة معينة ، ويعمل على إكمال دائرة قياس الأس الهيدروجيني داخل المحلول. يوفر إمكانات مرجعية معروفة لقطب الأس الهيدروجيني. يوفر الاختلاف في إمكانات الأس الهيدروجيني والأقطاب الكهربائية المرجعية إشارة ملي فولت (mV) تتناسب مع الأس الهيدروجيني. من الناحية العملية ، يحتوي القطب الزجاجي المدمج على قطب مرجعي مدمج. تتم معايرته مقابل المحاليل العازلة لنشاط أيون الهيدروجين المعروف. تم تصميم معظم مستشعرات الأس الهيدروجيني لإنتاج إشارة 0 مللي فولت عند 7.0 درجة حموضة ، مع ميل (مثالي نظريا) ، أو حساسية ، تبلغ -59.16 مللي فولت / درجة الحموضة عند 25 درجة مئوية. يتم استخدام محلين أو أكثر من الحلين العازلين لاستيعاب حقيقة أن “المنحدر” قد يختلف قليلا عن المثالي. عادة ما تأتي الحلول العازلة القياسية التجارية مع معلومات عن قيمة الأس الهيدروجيني عند 25 درجة مئوية وعامل تصحيح يتم تطبيقه على درجات الحرارة الأخرى.

Procedure

فئة

1. معايرة الأس الهيدروجيني

قم بتشغيل جهاز القياس بالضغط على زر “الطاقة”.
قم بتوصيل مسبار تعويض درجة الحرارة التلقائي (ATC) إذا كان متاحا و / أو لم يكن مع القطب.
تأكد من أن وضع القياس هو الرقم الهيدروجيني. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فاضغط على زر “MODE” حتى يظهر وضع “الرقم الهيدروجيني” على شاشة LCD.
استشر الدليل المرجعي السريع في الجزء السفلي من جهاز القياس أو في مكان قريب للحصول على المساعدة إذا لزم الأمر.
استخدم دائما مخازن الأس الهيدروجيني الجديدة وغير المستخدمة وغير منتهية الصلاحية للمعايرة. يجب أن تكون المخازن المؤقتة في نفس درجة حرارة محاليل الاختبار.
اشطف قطب الأس الهيدروجيني بالماء المقطر ثم باستخدام المخزن المؤقت للمعايرة (أي الرقم الهيدروجيني 7.00).
اغمس قطب الأس الهيدروجيني في مخزن مؤقت محايد للأس الهيدروجيني (أي الرقم الهيدروجيني 7.00). حرك المخزن المؤقت بشريط مغناطيسي (بمعدل معتدل لمدة ~ 30 ثانية) للحصول على أفضل النتائج.
اضغط على زر “CAL / MEAS” (المعايرة [أو التوحيد القياسي] / التسهيل) لتحديد وظيفة “المعايرة (التوحيد القياسي)”. اضبط قيمة الأس الهيدروجيني للمخزن المؤقت على شاشة العداد على 7.00.
عندما تكون “القراءة” مستقرة ، اضغط على الزر “ENTER” للقبول. ستومض القراءة الأساسية لفترة وجيزة قبل أن تبدأ الشاشة الثانوية في التمرير عبر المخازن المؤقتة المتبقية المتاحة.
اشطف قطب الأس الهيدروجيني بالماء المقطر ثم باستخدام المخزن المؤقت لاستخدامه في المعايرة التالية (أي الرقم الهيدروجيني 4.01).
اغمس قطب الأس الهيدروجيني في المخزن المؤقت التالي للرقم الهيدروجيني 4.01. يجب قفل شاشة العداد على قيمة المخزن المؤقت.
عندما تكون “القراءة” مستقرة ، اضغط على “ENTER” للقبول. ستومض القراءة الأولية لفترة وجيزة، ثم تعرض النسبة المئوية للكفاءة (الميدر) قبل أن تبدأ الشاشة الثانوية في التمرير عبر المخازن المؤقتة المتبقية المتاحة.
كرر الخطوات 2.2-2.7 لمعايرة المخزن المؤقت لدرجة الحموضة 10.01.
سيعود العداد تلقائيا إلى وضع القياس عند الانتهاء بنجاح من المعايرة المكونة من 3 نقاط.
ملاحظات: (1) يمكن استبدال المحاليل المؤقتة القياسية للرقم الهيدروجيني 4.01 و 10.01 بمخازن مؤقتة مناسبة أخرى لكل نطاق الأس الهيدروجيني لعينات الاختبار. (2) لمعايرة واحدة (محايدة) أو نقطتين ، اضغط على الزر “CAL / MEAS” للعودة إلى القياسات بعد الانتهاء من المعايرة. (3) يمكن استخدام المعايرة التي تحتوي على أكثر من 3 نقاط لقياسات أكثر دقة. (4) يوصى بإجراء المعايرة في بداية كل يوم. من أجل العمل الدقيق للغاية ، يجب معايرة مقياس الأس الهيدروجيني قبل كل قياس. (5) اضبط قيم الأس الهيدروجيني للمخازن المؤقتة يدويا إذا كانت درجة الحرارة تختلف عن درجة حرارة الغرفة القياسية ولم يتم توصيل مسبار ATC.

2. قياسات الأس الهيدروجيني

تأكد من أن جهاز القياس في وضع قياس الأس الهيدروجيني.
اشطف قطب الأس الهيدروجيني جيدا بين القياسات بالماء المقطر لمنع التلوث المرحلي للمحاليل المختبرة. امسح القطب برفق على منديل تنظيف المختبر لإزالة ماء الشطف الزائد. لا تفرك المصباح لأن هذا يمكن أن يتسبب في تراكم شحنة ثابتة. بدلا من ذلك ، اشطف القطب بمحلول الاختبار.
اغمس قطب الأس الهيدروجيني في محلول اختبار أو تعليق. حرك المحلول بشريط مغناطيسي (~ 30 ثانية) بنفس معدل التقليب للمعايرة للحصول على أفضل النتائج.
يكتمل الرقم الهيدروجيني عندما تكون قراءة الأس الهيدروجيني مستقرة.
إذا لزم الأمر ومتاحا ، اضغط على زر “HOLD” لتجميد القراءة المقاسة. اضغط مرة أخرى لاستئناف القراءة الحية.
سجل قيمة الأس الهيدروجيني (ودرجة الحرارة إذا لزم الأمر) عن طريق تدوين أو الضغط على زر “MEMORY” (إن أمكن) لتخزين القيمة في الذاكرة.
كرر الخطوات 3.2-3.6 لقياسات متعددة.
اشطف القطب جيدا وقم بتخزينه في محلول التخزين بمجرد اكتمال جميع القياسات.
ملاحظات: (1) يجب ألا يزيد وقت استجابة مسبار الأس الهيدروجيني في كل مخزن مؤقت عن 60 ثانية ، ولكن قد يكون أطول لبعض محاليل الاختبار / الملاط. (2) يجب تنظيف مسبار القطب باستخدام محلول تنظيف قطب الأس الهيدروجيني مرة واحدة في الشهر ، أو عندما يكون متسخا. يمكن استخدام محلول حمض الهيدروكلوريك 0.1 متر للتنظيف العام. يمكن استخدام المنظفات السائلة المخففة ومبيض الغسيل المنزلي لتنظيف الشحوم والتلوث البكتيري. ومع ذلك ، لتجنب المشاكل غير المتوقعة ، فإن أفضل الممارسات هي الرجوع دائما إلى توصيات الشركة المصنعة للقطب. (3) يجب أن تكون لمبة قطب الأس الهيدروجيني رطبة في جميع الأوقات. احتفظ به في محلول تخزين القطب الكهربائي الذي يأتي مع القطب. استخدم محلول المخزن المؤقت لدرجة الحموضة 4 في حالة عدم توفر محلول تخزين. استخدم محلول المخزن المؤقت لدرجة الحموضة 7 لفترة قصيرة إذا لم يكن أي منهما متاحا.

مقياس الأس الهيدروجيني هو جهاز كهربائي يحدد حموضة أو قاعدية المحاليل المائية ، وهي واحدة من أكثر المعلمات التي يتم مراقبتها شيوعا.

لاستخدام مقياس الأس الهيدروجيني ، تتم معايرة قطب الأس الهيدروجيني أولا باستخدام محاليل عازلة قياسية بقيم الأس الهيدروجيني المعروفة التي تمتد عبر النطاق الذي يتم قياسه. لإجراء قياس الأس الهيدروجيني ، يتم غمر القطب في محلول العينة حتى يتم الوصول إلى قراءة ثابتة. ثم يتم شطف القطب بعد كل عينة وتخزينه في محلول تخزين بعد اكتمال جميع القياسات.

سيوضح هذا الفيديو كيفية معايرة مقياس الأس الهيدروجيني والحصول على قياسات الأس الهيدروجيني ، بالإضافة إلى تقديم بعض النصائح حول التعامل مع القطب الهش.

عندما يتم وضع حمض أو قاعدة في الماء ، يمكن أن تحدث تفاعلات التحلل المائي. تحدد كمية أيونات الهيدرونيوم أو أيونات الهيدروكسيد الناتجة في التفاعل حموضة أو قاعدية المحلول. يتم تقييم هذه الخاصية المهمة بشكل شائع من خلال تركيز أيون الهيدرونيوم ، والذي غالبا ما يتم اختصاره على أنه أيون الهيدروجين أو البروتون. بالنسبة لمعظم المحاليل ، يكون تركيز أيون الهيدروجين ، معبرا عنه بالمول لكل لتر ، صغيرا جدا ، لذلك تم إدخال كمية أكثر عملية ، الأس الهيدروجيني.

يعرف الرقم الهيدروجيني بأنه اللوغاريتم السالب للتركيز المولي لأيون الهيدروجين. يتراوح مقياس الأس الهيدروجيني من 0 إلى 14. الماء النقي محايد مع درجة حموضة 7 ؛ الرقم الهيدروجيني الأقل من 7 حمضي ، والرقم الهيدروجيني الأكبر من 7 أساسي. نظرا لأن مقياس الأس الهيدروجيني لوغاريتمي ، فإن انخفاض الوحدة في الأس الهيدروجيني يساوي زيادة الحموضة بمقدار عشرة أضعاف.

إذن كيف يقيس مقياس الأس الهيدروجيني؟ أحد المكونات الرئيسية لمقياس الأس الهيدروجيني هو قطب حساس لأيون الهيدروجين. يحتوي المحلول الموجود داخل هذا القطب الكهربائي على تركيز معروف من أيونات الهيدروجين. عندما يتم غمر القطب في محلول غير معروف درجة حموضة ، يتطور جهد كهربائي كدالة لتركيز أيون الهيدروجين في محلول الاختبار. يتم توصيل هذا القطب الحساس لأيون الهيدروجين ، جنبا إلى جنب مع قطب مرجعي يتم دمجه غالبا في جسم واحد ، بمقياس الأس الهيدروجيني ، بحيث يمكن قياس الإمكانات المطورة وتحويلها إلى قيمة الأس الهيدروجيني.

الآن بعد أن فهمت النظرية الكامنة وراء مقياس الأس الهيدروجيني ، دعنا نلقي نظرة على استخدامه في بيئة زراعية.

قبل قياسات الأس الهيدروجيني ، تتم معايرة مقياس الأس الهيدروجيني. يجب إجراء المعايرة في بداية كل يوم أو قبل كل قياس إذا كانت هناك حاجة إلى بيانات دقيقة للغاية.

اختر المخازن المؤقتة التي تمتد عبر نطاق قيم الأس الهيدروجيني للعينات. في هذا العرض التوضيحي ، تتم معايرة مقياس الأس الهيدروجيني بثلاثة مخازن مؤقتة بدرجة الحموضة 4 و 7 و 10. تأكد من أن المخازن المؤقتة حديثة وغير مستخدمة وغير منتهية الصلاحية.

للبدء ، قم بتشغيل مقياس الأس الهيدروجيني بالضغط على زر الطاقة.

بعد ذلك ، قم بتوصيل مسبار الأس الهيدروجيني وتعويض درجة الحرارة التلقائي ، أو مسبار ATC ، بالوحدة. على شاشة LCD ، تأكد من أن وضع القياس هو “الرقم الهيدروجيني”. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فاضغط على زر “MODE” حتى يظهر “الرقم الهيدروجيني”.

ثم قم بإزالة قطب الأس الهيدروجيني من المخزن المؤقت للتخزين. احرص على عدم ترك لمبة القطب الكهربائي تجف في أي وقت أثناء التجربة. اشطف القطب بالماء المقطر ، متبوعا بالمخزن المؤقت القياسي لدرجة الحموضة 7.

بعد ذلك ، اغمر قطب الأس الهيدروجيني في المخزن المؤقت. حرك المخزن المؤقت بشريط مغناطيسي للحصول على أفضل النتائج. لتجنب كسر القطب الهش ، تأكد من الحفاظ على مسافة بين القطب الكهربائي وقضيب التحريك.

اضغط على زر “CAL (ibration) / MEAS (urement)” لتحديد وظيفة المعايرة. اضبط قيمة الأس الهيدروجيني للمخزن المؤقت على 7.00. عندما تكون القراءة مستقرة ، اضغط على “ENTER”. تومض القراءة الأولية لفترة وجيزة. ثم تعرض الشاشة الثانوية المخازن المؤقتة المتبقية. القطب جاهز الآن للمعايرة باستخدام المخزن المؤقت القياسي التالي.

اشطف قطب الأس الهيدروجيني كما كان من قبل ، أولا بالماء المقطر ، ثم المخزن المؤقت القياسي لدرجة الحموضة 4. ثم ضع القطب في المخزن المؤقت. عندما تكون القراءة مستقرة ، اضغط على “ENTER”. تومض القراءة الأولية لفترة وجيزة، متبوعة بعرض النسبة المئوية للكفاءة، أو الانحدار، قبل عرض المخازن المؤقتة المتبقية على الشاشة الثانوية.

أخيرا ، كرر خطوات الشطف والمعايرة باستخدام المخزن المؤقت القياسي لدرجة الحموضة 10. يجب أن تكون القراءة الثابتة هي الرقم الهيدروجيني 10.01. بمجرد الضغط على “Enter” ، يتم إجراء المعايرة المكونة من 3 نقاط ، وسيعود العداد تلقائيا إلى وضع القياس.

الجهاز جاهز الآن للاستخدام لاختبار عينات التربة من حقل البطاطس.

ابدأ قياسات الأس الهيدروجيني عن طريق شطف قطب الأس الهيدروجيني جيدا بالماء المقطر. امسح القطب برفق على مناديل تنظيف المختبر لإزالة الماء الزائد. احرص على عدم فرك المصباح لأنه قد يتسبب في تراكم شحنة ثابتة. يجب تنفيذ خطوة الشطف بين كل عينة لمنع التلوث.

بعد ذلك ، اغمس قطب الأس الهيدروجيني في عينة مع التحريك. يجب أن تكون سرعة التقليب هي نفسها أثناء المعايرة. انتظر حتى تصبح القراءة مستقرة ، والتي يجب أن تستغرق أقل من 60 ثانية لمعظم العينات ، ثم سجل قيمة الأس الهيدروجيني. إذا لزم الأمر ، اضغط على الزر “HOLD” لتجميد شاشة القراءة. اضغط مرة أخرى لاستئناف القراءة الحية. يمكن تخزين قيمة الأس الهيدروجيني في الذاكرة بالضغط على زر “MI” (أو إدخال الذاكرة). سيتم عرض قيمة موقع الذاكرة المخزنة ، أو StO ، لفترة وجيزة.

كرر خطوات الشطف والقياس كما هو موضح سابقا لجميع العينات المتبقية. بمجرد اكتمال جميع القياسات ، اشطف القطب جيدا قبل وضعه في محلول التخزين.

في هذه التجربة ، تم قياس الرقم الهيدروجيني لعينات متعددة من التربة من الحقول الزراعية. الأس الهيدروجيني له تأثيرات عديدة على نمو المحاصيل ، بما في ذلك توافر المغذيات والسمية والسيطرة على الأمراض. المحاصيل المختلفة لها نطاقات الأس الهيدروجيني للنمو الأمثل. من خلال التحكم في درجة الحموضة ، يمكن تقليل المرض مع زيادة المحصول.

تم جمع عينات التربة من خمسة حقول بطاطس تحت ممارسات تناوب المحاصيل المختلفة مع أو بدون ري المياه الجوفية. أدى الري بالمياه الجوفية باستمرار إلى زيادة درجة حموضة التربة في جميع الحقول الخمسة. هذه البيانات ضرورية لتقديم توصيات التجيير لحقول البطاطس.

تتطلب العديد من مجالات العلوم قياسات الأس الهيدروجيني أو المراقبة في أبحاثها.

على سبيل المثال ، لاستخدام الكتلة الحيوية بشكل أكثر كفاءة وفهم أفضل لبنية جدار الخلية النباتية ، تم إجراء سلسلة من التفاعلات لتصنيع المحاكاة الحيوية للخشب ، بحيث يمكن فهم بنية جدار الخلية النباتية بشكل أفضل.

في الخطوة الأولى ، تم استخدام ألياف لب الكرافت لتوليد السليلوز النانوي. انخفض الرقم الهيدروجيني لخليط التفاعل مع أكسدة مجموعات الهيدروكسيل على السليلوز.

تمت مراقبة الرقم الهيدروجيني وتعديله باستمرار عن طريق إضافة هيدروكسيد الصوديوم. بمجرد أن تتأكسد جميع مجموعات الهيدروكسيل التي يمكن الوصول إليها ، لن يتغير الرقم الهيدروجيني بعد الآن ويكتمل التفاعل.

في هذه الدراسة البيئية ، تم تحليل جريان المياه في منشأة تحاكي المناظر الطبيعية الحضرية. الجريان السطحي لديه القدرة على نقل المغذيات والرواسب إلى الجداول والبحيرات المحلية حيث قد تساهم في التخثث.

تم بناء منشأة بها قطع أراضي ميدانية متعددة ، وتم جمع مياه الجريان السطحي. تم قياس درجة الحموضة لعينات الجريان السطحي ، جنبا إلى جنب مع المكونات الكيميائية الأخرى.

في أبحاث علوم الحياة ، يعتبر الرقم الهيدروجيني أيضا ذا أهمية كبيرة لأنه يتم تنظيمه بشكل صارم في الكائنات الحية. في هذا المثال ، تم تطوير مستشعرات الأس الهيدروجيني الفلورسنت.

لمعايرة هذه المستشعرات في المختبر، تم إجراء معايرة الأس الهيدروجيني في كوفيت، حيث تم قياس الأس الهيدروجيني لمحلول المستشعر باستخدام قطب كهربائي صغير، وتم الحصول على أطياف الانبعاث عند كل درجة حموضة. بهذه الطريقة ، يمكن رسم شدة التألق مقابل الأس الهيدروجيني لإنشاء منحنى معايرة.

ثم تم استخدام هذه المستشعرات لقياس الأس الهيدروجيني في الخلايا الحية.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لاستخدام مقياس الأس الهيدروجيني. يجب أن تفهم الآن ما هو الرقم الهيدروجيني ، وكيف يعمل المقياس ، وكيفية استخدام واحد لقياس الرقم الهيدروجيني.

شكرا للمشاهدة!

Results

يوضح الشكل 1 درجة الحموضة للتربة الزراعية المتأثرة بإدارة المحاصيل وري المياه الجوفية. تم جمع عينات التربة هذه من 5 حقول بطاطس تحت ممارسات تناوب محاصيل مختلفة مع أو بدون ري المياه الجوفية. لوحظ أدنى درجة حموضة في تربة الحقل 4 في كل من سلسلة المياه البعلية والمياه الجوفية. أدى ري المياه الجوفية باستمرار إلى زيادة درجة حموضة التربة في جميع الحقول الخمسة. تعتبر معلومات الأس الهيدروجيني ضرورية للتوصية بتجيير حقول البطاطس بشكل مناسب لتعزيز النمو الأمثل.

الشكل 1. درجة حموضة التربة في حقول البطاطس في ظل ممارسات إدارة المحاصيل المختلفة مع أو بدون الري تحت الماء.

Applications and Summary

pH is one of the most commonly measured chemical parameters of aqueous solutions. It is a critical parameter in water and wastewater treatment for municipal and industrial applications, chemical production, agriculture research, and production. It is also critical in environmental monitoring, chemical and life sciences research, biochemical and pharmaceutical research, electronics production, and many more applications. Figure 2 lists pH values of some common substances.

Pure water is neutral, with a pH of 7.00. When chemicals are mixed with water, the mixture can become either acidic or basic. Vinegar and lemon juice are acidic substances, while laundry detergents and ammonia are basic. Chemicals that are very basic or very acidic are considered "reactive." These chemicals can cause severe burns. Automobile battery acid is an acidic chemical that is reactive. Automobile batteries contain a stronger form of one the acids found in acid rain. Household drain cleaners often contain lye, a very alkaline chemical that is also reactive.

In living systems, the pH of different cellular compartments, body fluids, and organs is usually tightly regulated in a process called acid-base homeostasis. The pH of blood is usually slightly basic with a value of pH 7.365. This value is often referred to as physiological pH in biology and medicine. Plaque can create a local acidic environment that can result in tooth decay by demineralization. Enzymes and other proteins have an optimum pH range and can become inactivated or denatured outside this range.

Figure 2. The pH scale and the pH values of some common items.

Transcript

مقياس الأس الهيدروجيني هو جهاز كهربائي يحدد حموضة أو قاعدية المحاليل المائية ، وهي واحدة من أكثر المعلمات التي يتم مراقبتها شيوعا.

لاستخدام مقياس الأس الهيدروجيني ، تتم معايرة قطب الأس الهيدروجيني أولا باستخدام محاليل عازلة قياسية بقيم الأس الهيدروجيني المعروفة التي تمتد عبر النطاق الذي يتم قياسه. لإجراء قياس الأس الهيدروجيني ، يتم غمر القطب في محلول العينة حتى يتم الوصول إلى قراءة ثابتة. ثم يتم شطف القطب بعد كل عينة وتخزينه في محلول تخزين بعد اكتمال جميع القياسات.

سيوضح هذا الفيديو كيفية معايرة مقياس الأس الهيدروجيني والحصول على قياسات الأس الهيدروجيني ، بالإضافة إلى تقديم بعض النصائح حول التعامل مع القطب الهش.

عندما يتم وضع حمض أو قاعدة في الماء ، يمكن أن تحدث تفاعلات التحلل المائي. تحدد كمية أيونات الهيدرونيوم أو أيونات الهيدروكسيد الناتجة في التفاعل حموضة أو قاعدية المحلول. يتم تقييم هذه الخاصية المهمة بشكل شائع من خلال تركيز أيون الهيدرونيوم ، والذي غالبا ما يتم اختصاره على أنه أيون الهيدروجين أو البروتون. بالنسبة لمعظم المحاليل ، يكون تركيز أيون الهيدروجين ، معبرا عنه بالمول لكل لتر ، صغيرا جدا ، لذلك تم إدخال كمية أكثر عملية ، درجة الحموضة.

يعرف الرقم الهيدروجيني بأنه اللوغاريتم السالب للتركيز المولي لأيون الهيدروجين. يتراوح مقياس الأس الهيدروجيني من 0 إلى 14. الماء النقي محايد مع درجة حموضة 7 ؛ الرقم الهيدروجيني الأقل من 7 حمضي ، والرقم الهيدروجيني الأكبر من 7 أساسي. نظرا لأن مقياس الأس الهيدروجيني لوغاريتمي ، فإن انخفاض الوحدة في الأس الهيدروجيني يساوي زيادة الحموضة بمقدار عشرة أضعاف.

إذن كيف يقيس مقياس الأس الهيدروجيني؟ أحد المكونات الرئيسية لمقياس الأس الهيدروجيني هو قطب حساس لأيون الهيدروجين. يحتوي المحلول الموجود داخل هذا القطب الكهربائي على تركيز معروف من أيونات الهيدروجين. عندما يتم غمر القطب في محلول غير معروف درجة حموضة ، يتطور جهد كهربائي كدالة لتركيز أيون الهيدروجين في محلول الاختبار. يتم توصيل هذا القطب الحساس لأيون الهيدروجين ، جنبا إلى جنب مع قطب مرجعي يتم دمجه غالبا في جسم واحد ، بمقياس الأس الهيدروجيني ، بحيث يمكن قياس الإمكانات المطورة وتحويلها إلى قيمة الأس الهيدروجيني.

الآن بعد أن فهمت النظرية الكامنة وراء مقياس الأس الهيدروجيني ، دعنا نلقي نظرة على استخدامه في بيئة زراعية.

قبل قياسات الأس الهيدروجيني ، تتم معايرة مقياس الأس الهيدروجيني. يجب إجراء المعايرة في بداية كل يوم – أو قبل كل قياس إذا كانت هناك حاجة إلى بيانات دقيقة للغاية.

اختر المخازن المؤقتة التي تمتد عبر نطاق قيم الأس الهيدروجيني للعينات. في هذا العرض التوضيحي ، تتم معايرة مقياس الأس الهيدروجيني بثلاثة مخازن مؤقتة بدرجة الحموضة 4 و 7 و 10. تأكد من أن المخازن المؤقتة حديثة وغير مستخدمة وغير منتهية الصلاحية.

للبدء ، قم بتشغيل مقياس الأس الهيدروجيني بالضغط على زر الطاقة.

بعد ذلك ، قم بتوصيل مسبار الأس الهيدروجيني وتعويض درجة الحرارة التلقائي ، أو مسبار ATC ، بالوحدة. على شاشة LCD ، تأكد من أن وضع القياس هو “الرقم الهيدروجيني”. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فاضغط على زر “MODE” حتى يظهر “الرقم الهيدروجيني”.

ثم قم بإزالة قطب الأس الهيدروجيني من المخزن المؤقت للتخزين. احرص على عدم ترك لمبة القطب الكهربائي تجف في أي وقت أثناء التجربة. اشطف القطب بالماء المقطر ، متبوعا بالمخزن المؤقت القياسي لدرجة الحموضة 7.

بعد ذلك ، اغمر قطب الأس الهيدروجيني في المخزن المؤقت. حرك المخزن المؤقت بشريط مغناطيسي للحصول على أفضل النتائج. لتجنب كسر القطب الهش ، تأكد من الحفاظ على مسافة بين القطب الكهربائي وقضيب التحريك.

اضغط على زر “CAL (ibration) / MEAS (urement)” لتحديد وظيفة المعايرة. اضبط قيمة الأس الهيدروجيني للمخزن المؤقت على 7.00. عندما تكون القراءة مستقرة ، اضغط على “ENTER”. تومض القراءة الأولية لفترة وجيزة. ثم تعرض الشاشة الثانوية المخازن المؤقتة المتبقية. القطب جاهز الآن للمعايرة باستخدام المخزن المؤقت القياسي التالي.

اشطف قطب الأس الهيدروجيني كما كان من قبل ، أولا بالماء المقطر ، ثم المخزن المؤقت القياسي لدرجة الحموضة 4. ثم ضع القطب في المخزن المؤقت. عندما تكون القراءة مستقرة ، اضغط على “ENTER”. تومض القراءة الأولية لفترة وجيزة، متبوعة بعرض النسبة المئوية للكفاءة، أو الانحدار، قبل عرض المخازن المؤقتة المتبقية على الشاشة الثانوية.

أخيرا ، كرر خطوات الشطف والمعايرة باستخدام المخزن المؤقت القياسي لدرجة الحموضة 10. يجب أن تكون القراءة الثابتة هي الرقم الهيدروجيني 10.01. بمجرد الضغط على “Enter” ، يتم إجراء المعايرة المكونة من 3 نقاط ، وسيعود العداد تلقائيا إلى وضع القياس.

الجهاز جاهز الآن للاستخدام لاختبار عينات التربة من حقل البطاطس.

ابدأ قياسات الأس الهيدروجيني عن طريق شطف قطب الأس الهيدروجيني جيدا بالماء المقطر. امسح القطب برفق على مناديل تنظيف المختبر لإزالة الماء الزائد. احرص على عدم فرك المصباح لأنه قد يتسبب في تراكم شحنة ثابتة. يجب تنفيذ خطوة الشطف بين كل عينة لمنع التلوث.

بعد ذلك ، اغمس قطب الأس الهيدروجيني في عينة مع التحريك. يجب أن تكون سرعة التقليب هي نفسها أثناء المعايرة. انتظر حتى تصبح القراءة مستقرة ، والتي يجب أن تستغرق أقل من 60 ثانية لمعظم العينات ، ثم سجل قيمة الأس الهيدروجيني. إذا لزم الأمر ، اضغط على الزر “HOLD” لتجميد شاشة القراءة. اضغط مرة أخرى لاستئناف القراءة الحية. يمكن تخزين قيمة الأس الهيدروجيني في الذاكرة بالضغط على “MI”؟ (أو إدراج الذاكرة)؟زر. سيتم عرض قيمة موقع الذاكرة المخزنة ، أو StO ، لفترة وجيزة.

كرر خطوات الشطف والقياس كما هو موضح سابقا لجميع العينات المتبقية. بمجرد اكتمال جميع القياسات ، اشطف القطب جيدا قبل وضعه في محلول التخزين.

في هذه التجربة ، تم قياس الرقم الهيدروجيني لعينات متعددة من التربة من الحقول الزراعية. الأس الهيدروجيني له تأثيرات عديدة على نمو المحاصيل ، بما في ذلك توافر المغذيات والسمية والسيطرة على الأمراض. المحاصيل المختلفة لها نطاقات الأس الهيدروجيني للنمو الأمثل. من خلال التحكم في درجة الحموضة ، يمكن تقليل المرض مع زيادة المحصول.

تم جمع عينات التربة من خمسة حقول بطاطس تحت ممارسات تناوب المحاصيل المختلفة مع أو بدون ري المياه الجوفية. أدى الري بالمياه الجوفية باستمرار إلى زيادة درجة حموضة التربة في جميع الحقول الخمسة. هذه البيانات ضرورية لتقديم توصيات التجيير لحقول البطاطس.

تتطلب العديد من مجالات العلوم قياسات الأس الهيدروجيني أو المراقبة في أبحاثها.

على سبيل المثال ، لاستخدام الكتلة الحيوية بشكل أكثر كفاءة وفهم أفضل لبنية جدار الخلية النباتية ، تم إجراء سلسلة من التفاعلات لتصنيع المحاكاة الحيوية للخشب ، بحيث يمكن فهم بنية جدار الخلية النباتية بشكل أفضل.

في الخطوة الأولى ، تم استخدام ألياف لب الكرافت لتوليد السليلوز النانوي. انخفض الرقم الهيدروجيني لخليط التفاعل مع أكسدة مجموعات الهيدروكسيل على السليلوز.

تمت مراقبة الرقم الهيدروجيني وتعديله باستمرار عن طريق إضافة هيدروكسيد الصوديوم. بمجرد أن تتأكسد جميع مجموعات الهيدروكسيل التي يمكن الوصول إليها ، لن يتغير الرقم الهيدروجيني بعد الآن ويكتمل التفاعل.

في هذه الدراسة البيئية ، تم تحليل جريان المياه في منشأة تحاكي المناظر الطبيعية الحضرية. الجريان السطحي لديه القدرة على نقل المغذيات والرواسب إلى الجداول والبحيرات المحلية حيث قد تساهم في التخثث.

تم بناء منشأة بها قطع أراضي ميدانية متعددة ، وتم جمع مياه الجريان السطحي. تم قياس درجة الحموضة لعينات الجريان السطحي ، جنبا إلى جنب مع المكونات الكيميائية الأخرى.

في أبحاث علوم الحياة ، يعتبر الرقم الهيدروجيني أيضا ذا أهمية كبيرة – حيث يتم تنظيمه بشكل صارم في الكائنات الحية. في هذا المثال ، تم تطوير مستشعرات الأس الهيدروجيني الفلورسنت.

لمعايرة هذه المستشعرات في المختبر، تم إجراء معايرة الأس الهيدروجيني في كوفيت، حيث تم قياس الأس الهيدروجيني لمحلول المستشعر باستخدام قطب كهربائي صغير، وتم الحصول على أطياف الانبعاث عند كل درجة حموضة. بهذه الطريقة ، يمكن رسم شدة التألق مقابل الأس الهيدروجيني لإنشاء منحنى معايرة.

ثم تم استخدام هذه المستشعرات لقياس الأس الهيدروجيني في الخلايا الحية.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لاستخدام مقياس الأس الهيدروجيني. يجب أن تفهم الآن ما هو الرقم الهيدروجيني ، وكيف يعمل المقياس ، وكيفية استخدام واحد لقياس الرقم الهيدروجيني.

شكرا للمشاهدة!

Tags

مقياس الأس الهيدروجيني الحموضة القاعدية المحاليل المائية قطب الأس الهيدروجيني المعايرة المحاليل العازلة قياس الأس الهيدروجيني محلول العينة محلول التخزين تفاعلات التحلل المائي أيونات الهيدرونيوم أيونات الهيدروكسيد تركيز أيون الهيدروجين التركيز المولي مقياس الأس الهيدروجيني الحمضي الأساسي