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General Chemistry

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Overview

출처: 허중치 박사연구소 - 미국 농무부

산 및 염기는 양성자(H+)및 수산화 이온(OH-)을 각각 기증할 수 있는 물질이다. 그들은 화학 물질을 설명하는 두 가지 극단입니다. 산과 기지를 혼합하면 극단적인 효과를 취소하거나 중화시킬 수 있습니다. 산성도 기본도 없는 물질은 중립적입니다. 대부분의 솔루션에 대한 양성자 농도([H+]의값은 불편하게 작고 비교하기 어렵기 때문에 보다 실용적인 수량ph가 도입되었습니다. pH는 원래 양성자의 어음 농도의 상호의 소수점 로가릿으로 Equation 1 정의되었지만 수소 이온 활성의 상호의 소수점 로가릿으로 업데이트되었다. Equation 2 이전 정의는 이제 때때로 p[H]로 표현됩니다. p[H]와 pH의 차이는 매우 작습니다. pH = p[H] + 0.04라고 명시되어 있습니다. 두 가지 유형의 측정에 대해 'pH'라는 용어를 사용하는 것이 일반적입니다.

pH 배율은 일반적으로 0에서 14사이입니다. 강한 산의 1M 용액, pH=0 및 강한 염기의 1M 용액, pH=14. 따라서 측정된 pH 값은 대부분 0에서 14 범위에 있지만 해당 범위 외부의 값은 완전히 가능합니다. 순수한 물은 pH =7로 중립적입니다. 7 미만의 pH는 산성이며, pH가 7보다 큰 것은 기본이다. pH 스케일은 로그산스믹이기 때문에, pH는 무치수량이다. 7 이하의 각 전체 pH 값은 다음 정수보다 산성10배 더 높습니다. 예를 들어, 4의 pH는 6의 pH보다 5 및 100x(10 x 10)의 pH보다 10배 더 산성이다. 7 이상의 pH 값도 마찬가지이며, 각각은 다음 값이 낮은 전체 값보다 10배 더 기본(또는 알칼리성)입니다. 예를 들어, 10의 pH는 9의 pH보다 10배 더 기본적입니다.

Principles

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용액의 pH는 pH(양성자)에 민감한 전극(보통 유리) 및 기준 전극(일반적으로 은염화물 또는 칼로멜)을 가진 pH 미터로 알려진 장치를 가진 전기화학적 측정에 의해 정확하고 쉽게 결정될 수 있다. 이상적으로, 전극 전위, E,양성자용

Equation 3

E가 측정된 전위인 경우, E0은 H+= 1 mol/L의 표준 전극 전위이며, R은 가스 상수이며, T는 켈빈의 온도이며, F는 패러데이 상수이다.

상기 pH 전극은 용액의 pH에 비례하여 전위(E)를 개발하는용액과 접촉하여 특별히 제조된 pH 에 민감한 유리를 사용합니다. 기준 전극은 주어진 온도에서 일정한 전위를 유지하도록 설계되었으며 솔루션 내에서 pH 측정 회로를 완료하는 역할을 합니다. pH 전극에 대한 알려진 기준 전위도 제공한다. pH 및 기준 전극의 전위차차이는 pH에 비례하는 밀리볼트(mV) 신호를 제공한다. 실제로 결합된 유리 전극에는 기준 전극이 내장되어 있습니다. 알려진 수소 이온 활성의 완충 액액에 대해 보정됩니다. 대부분의 pH 센서는 7.0 pH에서 0mV 신호를 생성하도록 설계되었으며, 25°C에서 -59.16 mV/pH의 (이론적으로 이상적인) 경사 또는 감도를 갖는다. "경사"가 이상과 약간 다를 수 있다는 사실을 수용하기 위해 두 개 이상의 버퍼 솔루션이 사용됩니다. 상용 표준 버퍼 솔루션은 일반적으로 25°C의 pH 값에 대한 정보와 다른 온도에 적용되는 보정 계수와 함께 제공됩니다.

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Procedure

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1. pH 교정

  1. "전원" 버튼을 눌러 미터의 전원을 켭니다.
  2. 사용 가능하거나 전극에 없는 경우 자동 온도 보정(ATC) 프로브를 부착합니다.
  3. 측정 모드가 pH인지 확인합니다. 그렇지 않은 경우 LCD 디스플레이에 "pH" 모드가 나타날 때까지 "MODE" 버튼을 누릅니다.
  4. 필요한 경우 미터 하단 또는 인근의 빠른 참조 가이드에 문의하십시오.
  5. 교정을 위해 항상 신선하고 사용되지 않은 만료되지 않은 pH 버퍼를 사용합니다. 버퍼는 테스트 솔루션과 동일한 온도여야 합니다.
  6. pH 전극을 증류수로 헹구고 버퍼가 교정에 사용되는경우(즉,pH 7.00)를 사용한다.
  7. pH 전극을 중성 pH버퍼(즉,pH 7.00)로 찍어 넣습니다. 최상의 결과를 위해 마그네틱 바(~30s의 적당한 속도로)로 버퍼를 저어줍니다.
  8. "CAL/MEAS"(교정[또는 표준화]/보증) 버튼을 눌러 '교정(표준화) 함수'를 선택합니다. 미터 디스플레이의 버퍼 pH 값을 7.00으로 설정합니다.
  9. "읽기"가 안정되면 "ENTER" 버튼을 눌러 수락합니다. 보조 디스플레이가 사용 가능한 나머지 버퍼를 스크롤하기 전에 기본 판독값이 잠시 깜박입니다.
  10. pH 전극을 증류수로 헹구고 다음 교정에 사용할버퍼(즉,pH 4.01)에 사용할 완충제를 사용한다.
  11. pH 전극을 pH 4.01의 다음 버퍼에 담급다. 미터 디스플레이는 버퍼 값에 잠기어야합니다.
  12. "독서"가 안정되면 "ENTER"를 눌러 수락하십시오. 기본 판독값은 잠시 깜박인 다음 보조 디스플레이가 사용 가능한 나머지 버퍼를 스크롤하기 전에 백분율 효율(경사)을 표시합니다.
  13. pH 10.01 버퍼를 보정하기 위해 2.2-2.7 단계를 반복합니다.
  14. 미터는 3점 보정이 성공적으로 완료되면 자동으로 측정 모드로 돌아갑니다.
    참고: (1) pH 4.01 및 10.01의 표준 버퍼는 테스트 샘플의 pH 범위에 따라 다른 적절한 버퍼로 대체될 수 있다. (2) 단일(중립) 또는 2점 교정의 경우 "CAL/MEAS" 버튼을 눌러 교정 완료 후 측정값으로 돌아갑니다. (3) 3점 이상의 교정이 보다 정밀한 측정을 위해 사용될 수 있다. (4) 매일 의 시작 부분에 교정을 수행하는 것이 좋습니다. 매우 정밀한 작업을 위해 pH 미터는 각 측정 전에 보정되어야 합니다. (5) 온도가 표준 실온과 다르고 ATC 프로브가 부착되지 않은 경우 버퍼의 pH 값을 수동으로 조정합니다.

2. pH 측정

  1. 미터가 pH 측정 모드에 있는지 확인합니다.
  2. 테스트된 솔루션의 이월 오염을 방지하기 위해 증류수로 측정 간에 pH 전극을 철저히 헹구십시오. 실험실 청소 조직에 전극을 부드럽게 얼룩서 과도한 헹구는 물을 제거합니다. 정적 충전 축적을 일으킬 수 있으므로 전구를 문지르지 마십시오. 또는 테스트 용액으로 전극을 헹두는 다.
  3. pH 전극을 테스트 솔루션 또는 서스펜션에 담급니다. 최상의 결과를 위해 보정과 동일한 교반 속도로 마그네틱 바(~30s)로 솔루션을 저어줍니다.
  4. pH 판독이 안정되면 pH가 완료됩니다.
  5. 필요한 경우 사용할 수 있는 경우 "HOLD" 버튼을 눌러 측정된 판독값을 동결합니다. 라이브 읽기를 다시 누르십시오.
  6. 값을 메모리에 저장하려면 "MEMORY" 버튼을 적어 두거나 누르면 pH 값(및 필요한 경우 온도)을 기록합니다.
  7. 여러 측정을 위해 3.2-3.6 단계를 반복합니다.
  8. 모든 측정이 완료되면 전극을 저장 솔루션에 철저히 헹청하고 저장합니다.
    참고: (1) 각 버퍼의 pH 프로브 응답 시간은 60초를 초과해야 하지만 일부 테스트 솔루션/슬러리의 경우 더 이상 있을 수 있습니다. (2) 전극 프로브는 pH-전극 세척 용액을 사용하여 한 달에 한 번 또는 더러워질 때마다 세척해야 합니다. 0.1 M HCl 용액을 일반 세척에 사용할 수 있습니다. 희석액 세제 및 가정용 세탁 표백제는 그리스 및 세균 오염을 청소하는 데 사용될 수 있습니다. 그러나 예기치 않은 문제를 피하기 위해 모범 사례는 항상 전극 제조업체 권장 사항을 참조하는 것입니다. (3) pH 전극 전구는 항상 촉촉해야 한다. 전극과 함께 제공되는 전극 저장 솔루션에 보관하십시오. 저장 솔루션을 사용할 수 없는 경우 pH 4 버퍼 솔루션을 사용합니다. 둘 다 사용할 수 없는 경우 짧은 시간 동안 pH 7 버퍼 솔루션을 사용 합니다.

pH 미터는 가장 일반적으로 모니터링되는 파라미터 중 하나인 수성 솔루션의 산도 또는 기본성을 결정하는 전기 장치입니다.

pH 미터를 사용하기 위해 pH 전극은 측정되는 범위에 걸친 알려진 pH 값을 가진 표준 버퍼 솔루션으로 먼저 보정됩니다. pH 측정을 위해, 전극은 꾸준한 판독에 도달할 때까지 샘플 용액에 침지됩니다. 전극은 각 샘플 후에 헹구고 모든 측정이 완료된 후 저장 솔루션에 저장됩니다.

이 비디오는 pH 미터를 교정하고 pH 측정을 얻는 방법을 시연할 뿐만 아니라 깨지기 쉬운 전극 처리에 대한 몇 가지 팁을 제공합니다.

산이나 염기가 물에 놓이면 가수 분해 반응이 발생할 수 있습니다. 반응에서 산출된 하이드로늄 이온 또는 수산화 이온의 양은 용액의 산도 또는 기본성을 결정한다. 이 중요한 특성은 일반적으로 수소 이온 또는 양성자로 단축되는 하이드로늄 이온의 농도에 의해 평가됩니다. 대부분의 용액의 경우 리터당 두더지로 발현되는 수소 이온 농도는 매우 작기 때문에 보다 실용적인 수량인 pH가 도입되었습니다.

pH는 수소 이온의 어금니 농도의 음수 로가릿으로 정의된다. pH 스케일범위는 0에서 14사이입니다. 순수한 물은 7의 pH로 중립적이다; pH가 7 미만은 산성이며, pH는 7보다 크며 기본이다. pH 스케일은 로그와트혈이므로, pH의 단위 감소는 산도의 10배 증가와 같습니다.

그렇다면 pH 미터는 어떻게 pH를 측정합니까? pH 미터의 핵심 구성 요소는 수소 이온 에 민감한 전극입니다. 이 전극 내부의 용액에는 알려진 수소 이온 농도가 포함되어 있습니다. 전극이 알 수 없는 pH의 용액에 침지되면, 전기 전위는 시험 용액에서 수소 이온 농도의 함수로서 발전한다. 이 수소 이온에 민감한 전극은 종종 한 바디로 결합되는 기준 전극과 함께 pH 미터에 연결되므로 개발 된 잠재력을 측정하고 pH 값으로 변환 할 수 있습니다.

이제 pH 미터 뒤에 이론을 이해, 농업 환경에서 그것의 사용을 살펴 보자.

pH 측정 전에 pH 미터를 보정합니다. 매우 정확한 데이터가 필요한 경우 교정은 매일 시작 또는 각 측정 전에 수행해야 합니다.

샘플의 pH 값 범위에 걸친 버퍼를 선택합니다. 이 데모에서 pH 미터는 pH 4, 7 및 10의 세 버퍼로 보정됩니다. 버퍼가 신선하고 사용되지 않고 만료되지 않았는지 확인합니다.

시작하려면 전원 버튼을 눌러 pH 미터를 켭니다.

다음으로 pH 프로브 및 자동 온도 보정 또는 ATC 프로브를 장치에 연결합니다. LCD 디스플레이에서 측정 모드가 "pH"인지 확인합니다. 그렇지 않은 경우 "pH"가 나타날 때까지 "MODE" 버튼을 누릅니다.

그런 다음 저장 버퍼에서 pH 전극을 제거합니다. 실험 중에 전극 전구가 어느 시점에서나 건조되지 않도록 주의하십시오. 전극을 증류수로 헹구고 pH 7 표준 버퍼를 따릅니다.

다음으로 pH 전극을 버퍼에 담그면 됩니다. 최상의 결과를 위해 마그네틱 바로 버퍼를 저어줍니다. 깨지기 쉬운 전극을 깨는 것을 피하려면 전극과 교반 바 사이의 거리를 유지해야 합니다.

"CAL(이보)/MEAS(요도)" 버튼을 눌러 교정 기능을 선택합니다. 버퍼 pH 값을 7.00으로 설정합니다. 판독이 안정되면 "ENTER"를 누릅니다. 기본 읽기는 짧게 깜박입니다. 그런 다음 보조 디스플레이에 나머지 버퍼가 표시됩니다. 이제 전극은 다음 표준 버퍼로 교정할 준비가 되었습니다.

pH 전극을 이전과 같이 헹구고, 먼저 증류수, pH 4 표준 버퍼를 헹구는 다. 그런 다음 전극을 버퍼에 놓습니다. 판독이 안정되면 "ENTER"를 누릅니다. 기본 판독값은 잠시 깜박이며 나머지 버퍼가 보조 디스플레이에 표시되기 전에 백분율 효율성 또는 경사를 표시합니다.

마지막으로 pH 10 표준 버퍼로 헹기 및 교정 단계를 반복합니다. 꾸준한 판독값은 pH 10.01이어야 합니다. "Enter"를 누르면 3점 보정이 완료되고 미터가 자동으로 측정 모드로 돌아갑니다.

이 장치는 이제 감자 필드에서 토양 샘플을 테스트하는 데 사용할 준비가 되었습니다.

pH 전극을 증류수로 철저히 헹구어 pH 측정을 시작합니다. 실험실 청소 조직에 전극을 부드럽게 얼룩서 과도한 물을 제거합니다. 정전기가 축적될 수 있으므로 전구를 문지르지 않도록 주의하십시오. 헹구기 단계는 오염을 방지하기 위해 각 샘플 간에 수행해야합니다.

다음으로, pH 전극을 교반시로 샘플에 담급니다. 교반 속도는 교정 시와 같아야 합니다. 대부분의 샘플에 대해 60초 미만이 소요되는 판독값이 안정될 때까지 기다린 다음 pH 값을 기록합니다. 필요한 경우 "HOLD" 버튼을 눌러 판독 디스플레이를 고정합니다. 라이브 읽기를 다시 누르십시오. pH 값은 "MI"(또는 메모리 인서삽입) 버튼을 눌러 메모리에 저장할 수 있습니다. 저장된 메모리 위치 값 또는 StO가 간략하게 표시됩니다.

나머지 모든 샘플에 대해 이전에 표시된 대로 헹구기 및 측정 단계를 반복합니다. 모든 측정이 완료되면 전극을 철저히 헹은 후 저장 솔루션에 배치하십시오.

본 실험에서, 농업 분야에서 다수의 토양 샘플의 pH를 측정하였다. pH는 작물 성장에 수많은 효과, 영양소 가용성을 포함 하 여, 독성, 그리고 질병 제어. 다른 작물은 최적의 성장의 pH 범위를 가지고있다. pH를 제어함으로써 수율을 높이면서 질병을 최소화할 수 있습니다.

토양 샘플은 지하수 관개 유무에 관계없이 다른 자르기 회전 관행하에 5개의 감자 밭에서 채취하였다. 지하수 관개는 5개 분야 모두 토양 pH를 지속적으로 증가시켰습니다. 이러한 데이터는 감자 밭에 리밍 권장 사항을 제공하는 데 필수적입니다.

과학의 많은 분야는 그들의 연구에서 pH 측정 또는 모니터링을 필요로 합니다.

예를 들어, 바이오매스를 보다 효율적으로 사용하고 식물 세포벽 건축을 더 잘 이해하기 위해, 식물 세포벽 건축을 더 잘 이해할 수 있도록 목재의 생체 모방을 합성하기 위한 일련의 반응이 수행되었다.

첫 번째 단계에서, 크래프트 펄프 섬유는 나노피브릴셀룰로오스를 생성하는 데 사용되었다. 셀룰로오스상 하이드록실 군이 산화됨에 따라 반응 혼합물의 pH가 감소하였다.

pH는 수산화 나트륨을 첨가하여 지속적으로 모니터링및 조정되었다. 접근 가능한 모든 하이드록실 그룹이 산화되면 pH가 더 이상 변경되지 않고 반응이 완료되었습니다.

이 환경 연구에서는 도시 경관을 시뮬레이션하는 시설에서 물 유출을 분석했습니다. 유출은 영양부호화에 기여할 수 있는 지역 하천과 호수로 영양분과 퇴적물을 운반할 수 있습니다.

여러 개의 필드 플롯이 있는 시설이 건설되었고 유출물이 수집되었습니다. 유출 시료의 pH는 다른 화학 성분과 함께 정량화되었다.

생명 과학 연구에서 pH는 살아있는 유기체에서 엄격하게 규제되기 때문에 큰 관심을 가지고 있습니다. 이 예에서는 형광 pH 센서가 개발되었다.

이러한 센서를 시험관내에서보정하기 위해, 센서 용액의 pH를 마이크로전극으로 측정하고 각 pH에서 배출 스펙트럼을 획득한 큐벳에서 pH 적정이 수행되었다. 이러한 방식으로, 형광 강도는 교정 곡선을 생성하기 위해 pH에 대해 플롯될 수 있었다.

이 센서는 살아있는 세포에서 pH를 측정하는 데 사용되었습니다.

당신은 pH 미터를 사용하여 JoVE의 소개를 보았다. 이제 pH가 무엇인지, 미터가 어떻게 작동하는지, pH를 측정하는 방법을 이해해야 합니다.

시청해 주셔서 감사합니다!

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Results

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도 1은 절단 관리 및 지하수 관개에 의해 영향을 받는 농업 토양의 pH를 나타낸다. 이러한 토양 샘플은 지하수 관개 유무에 관계없이 다른 자르기 회전 관행하에 5개의 감자 밭에서 채취하였다. 가장 낮은 pH는 비가 내리고 지하수 관개 시리즈에서 필드 4 토양에서 관찰됩니다. 지하수 관개는 5개 분야 모두 토양 pH를 지속적으로 증가시켰습니다. pH 정보는 최적의 성장을 촉진하기 위해 감자 필드를 적절하게 리밍하는 것이 좋습니다.

Figure 1
그림 1. 수중 관개 유무에 관계없이 다양한 자르기 관리 관행하에 감자 필드의 토양 pH.

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Applications and Summary

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pH는 수성 솔루션의 가장 일반적으로 측정된 화학 적 매개 변수 중 하나입니다. 그것은 시 및 산업 응용 프로그램, 화학 생산, 농업 연구 및 생산을위한 물과 폐수 처리의 중요한 매개 변수입니다. 또한 환경 모니터링, 화학 및 생명 과학 연구, 생화학 및 제약 연구, 전자 생산 및 더 많은 응용 분야에서도 중요합니다. 그림 2에는 일부 일반적인 물질의 pH 값이 나열됩니다.

순수한 물은 7.00의 pH와 중립이다. 화학 물질이 물과 혼합되면 혼합물은 산성 또는 기본이 될 수 있습니다. 식초와 레몬 주스는 산성 물질이며 세탁 세제와 암모니아는 기본입니다. 매우 기본 또는 매우 산성 화학 물질은 "반응성"으로 간주됩니다. 이러한 화학 물질은 심한 화상을 일으킬 수 있습니다. 자동차 배터리 산은 반응성 산성 화학 물질입니다. 자동차 배터리는 산성 비에서 발견되는 산의 강한 형태를 포함합니다. 가정용 드레인 클리너는 종종 반응성이 있는 매우 알칼리성 화학 물질인 lye를 함유하고 있습니다.

살아있는 시스템에서, 다른 세포 구획의 pH, 체액 및 장기는 일반적으로 단단히 산 염 기 항상성 이라고 하는 프로세스에서 규제. 혈액의 pH는 일반적으로 pH 7.365의 값을 가진 약간 기본입니다. 이 값은 종종 생물학 과 의학에서 생리적 pH라고합니다. 플라크는 탈염에 의해 충치를 초래할 수있는 국산 환경을 만들 수 있습니다. 효소 및 그밖 단백질은 최적 pH 범위를 가지고 있으며 이 범위 밖에서 비활성화되거나 변성될 수 있습니다.

Figure 2

그림 2. 일부 공통 항목의 pH 배율 및 pH 값입니다.

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Transcript

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