Quelle: Labor von Dr. Zhongqi He – United States Department of Agriculture
Säuren und Basen sind Stoffe, die Protonen (H+) und Hydroxid-Ionen (OH–), bzw. zu spenden. Sie sind zwei Extreme, die Chemikalien zu beschreiben. Mischen von Säuren und Basen kann aufheben oder ihre extreme Auswirkungen zu neutralisieren. Eine Substanz, die weder sauer noch grundlegende ist neutral. Die Werte der Proton Konzentration ([H]+]) für die meisten Lösungen sind ungünstig klein und schwer zu vergleichen, so dass ein praktischer Menge, pH, wurde eingeführt. pH war ursprünglich definiert als die dezimalen Logarithmus der Kehrwert der molaren Konzentration von Protonen , aber auf dem dezimalen Logarithmus des der Kehrwert der Wasserstoff-Ionen Aktivität aktualisiert wurde
. Die ehemalige Definition wird heute gelegentlich als p [H] ausgedrückt. Der Unterschied zwischen p [H] und pH ist recht klein. Es wurde festgestellt, dass pH = p [H] + 0,04. Es ist üblich, den Begriff “pH” für beide Arten von Messungen zu verwenden.
Die pH Skala in der Regel reicht von 0 bis 14. Nach einer 1 M Lösung von einer starken Säure pH = 0 und für eine 1 M Lösung eine starke Basis, pH = 14. So werden gemessenen pH-Werte meist im Bereich von 0 bis 14, liegen, obwohl Werte außerhalb dieses Bereichs durchaus möglich sind. Reines Wasser ist neutral mit pH = 7. Einem pH-Wert von weniger als 7 ist sauer, und ein pH-Wert größer als 7 ist einfach. Da die pH-Skala logarithmisch ist, ist pH-Wert eine dimensionslose Quantität. Jedes ganze pH-Wert unter 7 ist 10 X mehr Säure als die nächste ganze Zahl. Zum Beispiel ist ein pH-Wert von 4 10 X mehr Säure als ein pH-Wert von 5 und 100 x (10 x 10) saurer als ein pH-Wert von 6. Das gleiche gilt auch für pH-Werte über 7, von denen jeder 10 x mehr Basic ist (oder alkalisch) als dem nächstniedrigeren ganzen Wert. Zum Beispiel ist ein pH-Wert von 10 10 x mehr Basic als einen pH-Wert von 9.
Der pH-Wert einer Lösung kann präzise und leicht bestimmt werden durch elektrochemische Messungen mit einer Vorrichtung bekannt als ein pH-Meter mit einem pH-Wert (Proton)-sensible Elektrode (meistens Glas) und einer Referenzelektrode (in der Regel Silberchlorid oder Kalomel). Im Idealfall kann die Elektrode Potenzial, E, für das Proton als geschrieben werden
E eine gemessene Potential, E0 ist die standard Elektrode Potenzial bei einemH += 1 Mol/L, R die Gaskonstante, T ist die Temperatur in Kelvin, F ist die Faraday-Konstante.
Die pH-Elektrode verwendet eine speziell formulierte, pH-empfindliche Glas in Kontakt mit der Lösung, die das Potenzial (E) proportional zu den pH-Wert der Lösung entwickelt. Die Referenzelektrode wurde entwickelt, um eine konstante Potenzial bei einer gegebenen Temperatur beibehalten und dient dazu, den pH-Wert messen Schaltung innerhalb der Lösung abgeschlossen. Freuen Sie sich auf ein bekanntes Bezugspotential für die pH-Elektrode. Der Unterschied in der Potenziale der pH-Wert und Referenz Elektroden liefert ein Millivolt (mV) Signal proportional zum pH. In der Praxis hat eine kombinierte Glaselektrode einen integrierten Bezugselektrode. Es ist gegen Pufferlösungen von bekannten Wasserstoff-Ionen Aktivität kalibriert. Die meisten pH-Sensoren sind entworfen, um ein 0-mV-Signal bei 7,0 pH mit einer (theoretisch ideale) Piste oder Empfindlichkeit der-59.16 produzieren mV / pH bei 25 ° C. Mindestens zwei Pufferlösungen werden verwendet, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die “Neigung” von Ideal abweichen kann. Kommerzielle standard Pufferlösungen kommen in der Regel mit Informationen auf den pH-Wert bei 25 ° C und einen Korrekturfaktor für andere Temperaturen angewendet werden.
1. pH-Wert Kalibrierung
2. pH Messungen
Das pH-Meter ist ein elektrisches Gerät, das die Säure oder Basizität von wässrigen Lösungen bestimmt, eines der wichtigsten Parameter häufig überwacht.
Um ein pH-Meter zu verwenden, ist die pH-Elektrode zunächst mit standard Pufferlösungen mit bekannten pH-Werten kalibriert, die den zu messenden Bereich erstrecken. Um eine pH-Messung zu machen, ist die Elektrode in der Probenlösung eingetaucht, bis eine stetige Lesung erreicht ist. Die Elektrode ist dann nach jeder Probe gespült und in einer Speicherlösung gespeichert, nachdem die Messungen durchgeführt wurden.
Dieses Video demonstriert, wie kalibrieren einen pH-Meter, pH-Messung zu erhalten, als auch bieten ein paar Tipps zum Umgang mit der empfindlichen Elektrode.
Wenn eine Säure oder eine Base in Wasser gelegt wird, können Hydrolyse Reaktionen auftreten. Die Höhe der Protolyse Ionen oder ergab in der Reaktion Hydroxid-Ionen bestimmt die Säure oder Basizität der Lösung. Diese wichtige Eigenschaft ist häufig durch die Konzentration der Hydroniumionen Ion, die oft als Wasserstoff-Ionen oder Protonen verkürzt wird, bewertet. Für die meisten Lösungen, die Wasserstoff-Ionen-Konzentration in Mol / l, ausgedrückt ist sehr klein, so dass ein praktischer Menge, pH, wurde eingeführt.
pH ist definiert als der negative Logarithmus der molaren Konzentration von Wasserstoff-Ionen. Die pH-Skala reicht von 0 bis 14. Reines Wasser ist neutral mit einem pH-Wert von 7; pH-Wert kleiner als 7 ist sauer, und pH-Wert größer als 7 ist einfach. Da die pH-Skala logarithmisch ist, entspricht eine Einheit Abnahme des pH-Wertes eine Verzehnfachung in Säure.
Wie sieht also den pH-Wert Messgerät messen pH-Wert? Ein wesentlicher Bestandteil einer pH-Meter ist ein Wasserstoff-Ionen-sensitiven Elektrode. Die Lösung innerhalb dieser Elektrode enthält eine bekannte Konzentration von Wasserstoff-Ionen. Wenn die Elektrode in eine Lösung von unbekannten pH eingetaucht wird, entsteht eine elektrische Spannung als eine Funktion der Wasserstoff-Ionen-Konzentration in der Probelösung. Diese Wasserstoff-Ionen-sensitiven Elektrode, zusammen mit einer Referenzelektrode, mit der es häufig zu einem Leib kombiniert wird, ist auf die pH-Meter verbunden, so dass entwickelten Potenzial gemessen und in den pH-Wert konvertiert werden kann.
Nun, da Sie die Theorie hinter dem pH-Meter zu verstehen, seine Verwendung in einer landwirtschaftlichen Umgebung betrachten.
Vor der pH-Messung ist das pH-Messgerät kalibriert. Kalibrierung sollte zu Beginn eines jeden Tages oder vor jeder Messung durchgeführt werden, wenn äußerst präzise Daten benötigt werden.
Wählen Sie die Puffer, die den Bereich der pH Werte der Proben erstrecken. In dieser Demo ist das pH-Meter mit drei Puffer mit pH 4, 7 und 10 kalibriert. Sicherstellen Sie, dass die Puffer sind frisch, unbenutzt und noch nicht abgelaufenen.
Um zu beginnen, schalten Sie das pH-Meter durch Drücken des Ein-/Ausschalters.
Als nächstes stecken Sie die pH-Sonde und automatische Temperaturkompensation oder ATC Sonde, das Gerät. Sicherstellen Sie auf dem LCD-Display, dass der Messmodus “pH” ist. Wenn dies nicht der Fall ist, drücken Sie die Taste “MODE” bis “pH” angezeigt wird.
Dann entfernen Sie die pH-Elektrode aus dem Speicher-Puffer. Achten Sie darauf, dass Sie nicht die Elektrode Birne zu jedem Zeitpunkt während des Experiments austrocknen lassen. Spülen Sie die Elektrode mit destilliertem Wasser, gefolgt von der pH-7-standard-Puffer.
Als nächstes tauchen Sie die pH-Elektrode in den Puffer. Rühren Sie den Puffer mit einer magnetischen Bar für optimale Ergebnisse zu erzielen. Um zu vermeiden, bricht die fragile Elektrode, achten Sie darauf, einen Abstand zwischen der Elektrode und der Rührstab zu halten.
Die Kalibrierfunktion wählen mit der Taste “CAL(ibration) / MEAS(urement)”. Festlegen des Puffer pH-Wertes um 7.00 Uhr. Wenn der Messwert stabil ist, drücken Sie “ENTER”. Die primäre Lesung blinkt kurz; das sekundäre Display zeigt die verbleibende Puffer. Die Elektrode kann nun mit dem nächsten standard Puffer kalibriert werden.
Spülen Sie die pH-Elektrode als vor, zunächst mit destilliertem Wasser, dann den pH 4 standard-Puffer. Dann setzen Sie die Elektrode in den Puffer. Wenn der Messwert stabil ist, drücken Sie “ENTER”. Die primäre Lesung blinkt kurz, gefolgt von einer Darstellung der Prozent Effizienz oder Neigung, bevor die verbleibenden Puffer auf dem sekundären Bildschirm angezeigt werden.
Wiederholen Sie schließlich den spülen und Kalibrierung mit dem pH 10 standard-Puffer. Die stetige Lesung sollte pH 10.01. Sobald “Enter” gedrückt werden, die 3-Punkt-Kalibrierung erfolgt und das Messgerät automatisch wird in den Messmodus zurück.
Das Gerät ist nun bereit, die verwendet werden, um Bodenproben aus einem Kartoffelfeld zu testen.
Starten Sie die pH-Messung durch die pH-Elektrode mit destilliertem Wasser gründlich spülen. Tupfen Sie die Elektrode an ein Labor Reinigung Gewebe um überschüssiges Wasser zu entfernen. Achten Sie darauf, dass Sie nicht die Birne zu reiben, da es eine statische Aufladung Anhäufung führen kann. Zwischen jeder Probe um Kontaminationen zu vermeiden sollte spülen Schritt durchgeführt werden.
Tauchen Sie als nächstes die pH-Elektrode in einer Probe unter Rühren. Die Rührgeschwindigkeit sollte dasselbe wie bei der Kalibrierung. Warten auf die Lesung zu stabilisieren, die weniger als 60 nehmen sollte s für die meisten Proben, notieren Sie den pH-Wert. Wenn nötig, drücken Sie die “HOLD”-Taste, um die Lesung Anzeige einzufrieren. Drücken Sie erneut, Lesung wieder aufzunehmen. Der pH-Wert kann durch Drücken der “MI” (oder Speicher einfügen) des Knopfes in den Speicher gespeichert werden. Das Speichergedächtnis Lage oder StO, wird kurz angezeigt.
Wiederholen Sie den spülen und Messung wie oben gezeigt, für die restlichen Proben. Nach Abschluss der Messungen sind gründlich spülen der Elektrodendurchmessers vor der Platzierung in Storage-Lösung.
In diesem Experiment wurde der pH-Wert des mehrere Bodenproben aus landwirtschaftlich genutzten Feldern gemessen. pH hat zahlreiche Auswirkungen auf die Pflanzenentwicklung, einschließlich der Nährstoff Verfügbarkeit, Toxizität und Krankheit-Kontrolle. Verschiedene Kulturen haben pH-Bereiche für optimales Wachstum. Durch die Kontrolle des pH-Wertes, kann die Krankheit während der Ertragssteigerung minimiert werden.
Die Bodenproben wurden bei fünf Kartoffelfeldern unter verschiedenen Zuschneiden Drehung Praktiken mit oder ohne Grundwasser Bewässerung entnommen. Grundwasser-Bewässerung erhöht konsequent Boden-pH in allen fünf Bereichen. Diese Daten sind für die Bereitstellung von Kalken Empfehlung für den Kartoffelfeldern unerlässlich.
Vielen Bereichen der Wissenschaft erfordert pH-Messung oder Überwachung in ihrer Forschung.
Zum Beispiel um Biomasse effizienter nutzen und pflanzlichen Zellwand Architektur besser zu verstehen, eine Reihe von Reaktionen erfolgte um zu synthetisieren, Naturnachahmer Holz, so dass Zellwand Anlagenarchitektur besser verstanden werden kann.
In einem ersten Schritt wurde Kraft Pulp Faser zur Nanofibrillated Zellulose zu generieren. Der pH-Wert des Reaktionsgemisches verringerte sich die Hydroxyl, die Gruppen auf die Zellulose oxidiert wurden.
Der pH-Wert wurde kontinuierlich überwacht und angepasst durch Zugabe von Natriumhydroxid. Sobald alle zugänglichen Hydroxylgruppen oxidiert wurden, der pH-Wert nicht mehr ändern würde und die Reaktion war komplett.
In dieser Umwelt-Studie wurde Wasserabfluß in einer Einrichtung, die Simulation von Stadtlandschaften analysiert. Abfluss hat das Potenzial, tragen Nährstoffe und Sedimente in lokalen Bäche und Seen, wo sie zur Eutrophierung beitragen können.
Eine Anlage mit mehreren Feld-Handlungen wurde gebaut, und Abflusswasser gesammelt. Der pH-Wert der Abfluss Proben, zusammen mit anderen chemischen Bestandteile wurde quantifiziert.
In der Life-Science-Forschung ist pH auch von großem Interesse, wie es in lebenden Organismen streng reglementiert ist. In diesem Beispiel wurden fluoreszierende pH-Sensoren entwickelt.
Um diese Sensoren in Vitrozu kalibrieren, wurde eine pH-Titrierung in eine Küvette durchgeführt, wo der pH-Wert der Sensorlösung wurde mit einer Mikroelektrode gemessen und Emissionsspektren bei jedem pH-Wert stammen. Auf diese Weise könnte der Fluoreszenzintensität gegen den pH-Wert eine Kalibrierkurve erzeugen geplottet werden.
Diese Sensoren wurden dann verwendet, um pH in lebenden Zellen zu messen.
Sie habe nur Jupiters Einführung in die Verwendung eines pH-Meter beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen was pH ist, wie das Gerät funktioniert und wie mit einem pH-Wert messen.
Danke fürs Zuschauen!
Abbildung 1 zeigt den pH-Wert von landwirtschaftlich genutzten Flächen durch Zuschneiden Management und Grundwasser Bewässerung belastet. Diese Bodenproben wurden bei 5 Kartoffelfeldern unter verschiedenen Zuschneiden Drehung Praktiken mit oder ohne Grundwasser Bewässerung entnommen. Der niedrigsten pH-Wert wird in Feld 4 Böden in Rainfed und Grundwasser bewässerten Serie beobachtet. Grundwasser-Bewässerung erhöht konsequent Boden-pH in allen 5 Felder. Die pH-Informationen sind unerlässlich für Empfehlung der Kalkung der Kartoffelfeldern entsprechend, optimales Wachstum zu fördern.
Abbildung 1. Boden-pH von Kartoffelfeldern unter verschiedenen Zuschneiden Managementpraktiken mit oder ohne Unterwasser Bewässerung.
pH ist eines der am häufigsten gemessenen chemische Parameter von wässrigen Lösungen. Es ist ein kritischer Parameter bei Wasser und Abwasser Behandlung für kommunale und industrielle Anwendungen, chemische Produktion, Landwirtschaft Forschung und Produktion. Es ist auch wichtig in biochemischen und pharmazeutischen Forschung, Überwachung, Chemie- und Life Sciences Umweltforschung, Elektronikfertigung und viele weitere Anwendungen. Abbildung 2 listet pH-Werte einiger gemeinsamer Stoffe.
Reines Wasser ist neutral, mit einem pH-Wert von 7,00. Wenn Chemikalien mit Wasser gemischt werden, kann die Mischung entweder saure oder basische geworden. Essig und Zitronensaft sind saure Substanzen, Wasch- und Ammoniak grundlegende. Chemikalien, die sehr einfach oder sehr sauer sind gelten als “reaktiv.” Diese Chemikalien können schwere Verbrennungen verursachen. Automobil Batteriesäure ist eine saure Chemikalie, die reaktiv ist. Autobatterien enthalten eine stärkere Form von Säuren in sauren Regen gefunden. Haushalt Abfluss Reiniger enthalten oft Lauge, eine sehr alkalischen Chemikalie, die auch reaktiv ist.
In lebenden Systemen ist der pH-Wert von verschiedenen zellulären Kompartimenten, Körperflüssigkeiten und Organen in einem Prozess namens Säure-Basen-Homöostase in der Regel streng reguliert. Der pH-Wert des Blutes ist in der Regel etwas einfach mit einem Wert von pH 7.365. Dieser Wert wird häufig als physiologischen pH-Wert in Biologie und Medizin bezeichnet. Plaque kann eine saure Umgebung erstellen, die Demineralisation zu Karies führen können. Enzymen und anderen Proteinen können haben einen optimalen pH-Bereich und werden inaktiviert oder denaturiert außerhalb dieses Bereichs.
Abbildung 2. Die pH-Skala und die pH-Werte der einige gemeinsame Elemente.
The pH meter is an electrical device that determines the acidity or basicity of aqueous solutions, one of the most commonly monitored parameters.
To use a pH meter, the pH electrode is first calibrated with standard buffer solutions with known pH values that span the range being measured. To make a pH measurement, the electrode is immersed into the sample solution until a steady reading is reached. The electrode is then rinsed after each sample and stored in a storage solution after all the measurements have been completed.
This video will demonstrate how to calibrate a pH meter and obtain pH measurements, as well as offer a few tips on handling the fragile electrode.
When an acid or a base is placed in water, hydrolysis reactions can occur. The amount of the hydronium ions or the hydroxide ions yielded in the reaction determines the acidity or basicity of the solution. This important property is commonly evaluated by the concentration of the hydronium ion, which is often shortened as hydrogen ion or proton. For most solutions, the hydrogen ion concentration, expressed in moles per liter, is very small, so a more practical quantity, pH, has been introduced.
pH is defined as the negative logarithm of the molar concentration of the hydrogen ion. The pH scale ranges from 0 to 14. Pure water is neutral with a pH of 7; pH less than 7 is acidic, and pH greater than 7 is basic. Since the pH scale is logarithmic, a unit decrease in pH equals a ten-fold increase in acidity.
So how does the pH meter measure pH? A key component of a pH meter is a hydrogen ion-sensitive electrode. The solution inside this electrode contains a known concentration of hydrogen ions. When the electrode is immersed in a solution of unknown pH, an electric potential develops as a function of the hydrogen ion concentration in the test solution. This hydrogen ion-sensitive electrode, along with a reference electrode with which it is often combined into one body, is connected to the pH meter, so that the developed potential can be measured and converted to the pH value.
Now that you understand the theory behind a pH meter, let’s look at its use in an agricultural setting.
Before pH measurements, the pH meter is calibrated. Calibration should be performed at the beginning of each day or before each measurement if extremely precise data are required.
Choose buffers that span the range of pH values of the samples. In this demonstration, the pH meter is calibrated with three buffers with pH 4, 7, and 10. Make sure the buffers are fresh, unused, and unexpired.
To begin, turn on the pH meter by pressing the power button.
Next, plug the pH probe and automatic temperature compensation, or ATC probe, into the unit. On the LCD display, make sure the measurement mode is “pH”. If not, press the “MODE” button until “pH” appears.
Then, remove the pH electrode from the storage buffer. Be careful not to allow the electrode bulb to dry out at any point during the experiment. Rinse the electrode with distilled water, followed by the pH 7 standard buffer.
Next, immerse the pH electrode into the buffer. Stir the buffer with a magnetic bar for best results. To avoid breaking the fragile electrode, be sure to keep a distance between the electrode and the stirring bar.
Press the “CAL(ibration) / MEAS(urement)” button to select the calibration function. Set the buffer pH value to 7.00. When the reading is stable, press “ENTER”. The primary reading flashes briefly; then the secondary display shows the remaining buffers. The electrode is now ready to be calibrated with the next standard buffer.
Rinse the pH electrode as before, first with distilled water, then the pH 4 standard buffer. Then, place the electrode in the buffer. When the reading is stable, press “ENTER”. The primary reading flashes briefly, followed by a display of the percent efficiency, or slope, before the remaining buffers are shown on the secondary display.
Finally, repeat the rinse and calibration steps with the pH 10 standard buffer. The steady reading should be pH 10.01. Once “Enter” is pressed, the 3-point calibration is done, and the meter will automatically return to measurement mode.
The device is now ready to be used to test soil samples from a potato field.
Start pH measurements by thoroughly rinsing the pH electrode with distilled water. Gently blot the electrode on a laboratory cleaning tissue to remove excess water. Be careful not to rub the bulb as it can cause a static charge buildup. The rinse step should be performed between each sample to prevent contamination.
Next, dip the pH electrode into a sample with stirring. The stirring speed should be the same as during calibration. Wait for the reading to become stable, which should take less than 60 s for most samples, then record the pH value. If needed, press the “HOLD” button to freeze the reading display. Press again to resume live reading. The pH value can be stored into memory by pressing the “MI” (or memory insert) button. The stored memory location value, or StO, will be briefly displayed.
Repeat the rinse and measurement steps as previously shown for all the remaining samples. Once all the measurements are completed, thoroughly rinse the electrode before placing it in storage solution.
In this experiment, the pH of multiple soil samples from agricultural fields was measured. pH has numerous effects on crop growth, including nutrient availability, toxicity, and disease control. Different crops have pH ranges of optimal growth. By controlling the pH, disease can be minimized while increasing yield.
The soil samples were collected from five potato fields under different cropping rotation practices with or without groundwater irrigation. Groundwater irrigation consistently increased soil pH in all five fields. These data are essential for providing liming recommendation for the potato fields.
Many fields of science require pH measurements or monitoring in their research.
For example, to use biomass more efficiently and better understand plant cell wall architecture, a series of reactions was carried out to synthesize biomimics of wood, so that plant cell wall architecture can be better understood.
In the first step, kraft pulp fiber was used to generate nanofibrillated cellulose. The pH of the reaction mixture decreased as the hydroxyl groups on the cellulose were oxidized.
The pH was continuously monitored and adjusted by adding sodium hydroxide. Once all the accessible hydroxyl groups were oxidized, the pH would no longer change and the reaction was complete.
In this environmental study, water runoff was analyzed in a facility simulating urban landscapes. Runoff has the potential to carry nutrients and sediments into local streams and lakes where they may contribute to eutrophication.
A facility with multiple field plots was constructed, and runoff water was collected. The pH of the runoff samples, along with other chemical constituents, was quantified.
In life science research, pH is also of great interest as it is strictly regulated in living organisms. In this example, fluorescent pH sensors were developed.
To calibrate these sensors in vitro, a pH titration was performed in a cuvette, where the pH of the sensor solution was measured with a microelectrode, and the emission spectra at each pH were obtained. This way, the fluorescence intensity could be plotted against the pH to generate a calibration curve.
These sensors were then used to measure pH in living cells.
You’ve just watched JoVE’s introduction to using a pH meter. You should now understand what pH is, how the meter works, and how to use one to measure pH.
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