What is pH and how does the pH scale work?

pH is the negative logarithm of the molar concentration of hydrogen ions in a solution. The pH scale ranges from 0 to 14, where pure water is neutral at pH 7, values below 7 are acidic, and values above 7 are basic. Since the scale is logarithmic, each unit decrease in pH represents a tenfold increase in acidity.

How does a pH meter measure the acidity or basicity of a solution?

A pH meter uses a hydrogen ion-sensitive electrode that develops an electric potential when immersed in a solution. This potential varies based on the hydrogen ion concentration in the test solution. The meter converts this electrical signal into a pH value, allowing measurement of acidity or basicity in aqueous solutions.

Why is pH meter calibration important before taking measurements?

Calibration ensures the pH meter provides accurate readings by using standard buffer solutions with known pH values. Buffers spanning the measurement range are used, typically pH 4, 7, and 10. Calibration should be performed at the beginning of each day or before each measurement if extremely precise data are required.

What steps should be followed to properly measure pH with a meter?

Rinse the pH electrode with distilled water and blot gently on a laboratory tissue. Immerse the electrode into the sample with stirring at the same speed used during calibration. Wait for the reading to stabilize, typically less than 60 seconds, then record the pH value. Rinse between each sample to prevent contamination.

How should a pH electrode be handled and stored to maintain its accuracy?

The pH electrode bulb must never dry out during use. After measurements, thoroughly rinse the electrode with distilled water and store it in a storage solution. Avoid rubbing the bulb, which can cause static charge buildup. Keep the electrode away from the stirring bar to prevent breakage of this fragile component.

What are practical applications of pH measurement in agriculture and environmental science?

pH measurement is critical in agriculture for soil testing, as it affects nutrient availability, toxicity, and disease control in crops. In environmental studies, pH is monitored in water runoff to assess potential eutrophication. pH is also strictly regulated in living organisms and measured using specialized sensors in life science research.

Why is pH expressed as a logarithmic scale rather than as hydrogen ion concentration?

Hydrogen ion concentrations for most solutions are inconveniently small and difficult to compare numerically. The logarithmic pH scale provides a more practical quantity that simplifies data interpretation. This approach makes it easier to express and communicate the wide range of acidity and basicity across different solutions.

باستخدام مقياس الأس الهيدروجيني

0 مشاهدات09:28 د

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.

< p class = "jove_title" >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!

المصدر: مختبر الدكتور تشونغتشي هي - وزارة الزراعة الأمريكية

الأحماض والقواعد هي مواد قادرة على التبرع بالبروتونات (H⁺) وأيونات الهيدروكسيد (OH^-) ، على…