Il pH

 

Premessa: l'importanza dell'elettrodo pH

Hanna è il maggiore produttore europeo di elettrodi e di strumentazione analitica scientifica. Hanna ha contribuito ad alimentare il settore degli elettrodi con la sua metodologia innovativa. Gli elettrodi di pH Hanna sono prodotti in centri di produzione di ultima generazione. Nel 1981, Hanna ha sviluppato una sua formulazione di vetro sensibile al pH avvalendosi degli esperti dell’Istituto Speri­mentale del vetro di Murano (Venezia). Da quel momento l’azienda produce a mano elettrodi pH in vetro unici e inimitabili.A differenza di altre aziende che hanno ridotto la loro offerta, Hanna ha continuato ad espandere e personalizzare la sua linea di elettrodi rendendola adatta ad una varietà di applicazioni specifiche. Inoltre ha sviluppato e abbinato una varietà di soluzioni di pulizia e conservazione che garantiscono un utilizzo dell’elettrodo al massimo delle sue prestazioni. 

Produzione degli elettrodi pH

Hanna è l’unica azienda che utilizza la tec­nica del soffiaggio del vetro appresa dai mastri artigiani della laguna di Venezia. Ogni pezzo di vetro sensibile è fuso in maniera controllata al corpo del sensore. Questa tecnologia garantisce la massima qualità nella produzione del bulbo di vetro, la componente più sensibile alla misura. Infatti il vetro sensibile è esposto all’elevata temperatura di fusione solo per qualche secondo. Gli altri produttori di elettrodi utilizzano la tecnica di fusione continua in crogioli posti in forni ad induzi­one. In questo modo il vetro è esposto alla temperatura di fusione per ore provocando l’evaporazione di alcune componenti e alterando sensibilmente la qualità del prodotto.

L'importanza dell'elettrodo pH


         INDICE

  1. 1 - La teoria del pH
  2. 2 - L'elettrodo per la misura del pH
  3. 3 - Strumenti per la misura del pH
  4. 4 - Le soluzioni tampone (o di calibrazione)
  5. 5 - L'agitatore magnetico 
  6. 6 - Calibrazione pH
  7. 7 - Manutenzione e conservazione dell'elettrodo
  8. 8 - Risoluzione dei problemi

1 - La Teoria del pH

Teoria e misurazione del pH

Il sistema più comune di misurazione del pH uti­lizza elettrodi pH in vetro. Il sistema è costituito da quattro elementi:

  • un elettrodo di pH (il potenziale misurato varia in modo proporzionale all’attività degli ioni idrogeno presenti in soluzione),
  • un elettrodo di riferimento (che fornisce un potenziale di riferimento cos­tante e stabile),
  • la soluzione di misura, 
  • uno strumento per misurare i potenziali e convertirli in valore di pH.

L’elettrodo di pH è costituito da una sottile membrana di vetro, sensibile agli ioni idrogeno, situata su un corpo in vetro inerte. L’interno dell’elettrodo è costituito da un fila­mento di Ag/AgCl immerso in una soluzione elettrolitica. Questo sistema è chiamato semicella di misura. A questo è accoppiato un altro sistema a semicella, sempre costituito da un filamento Ag/AgCl immerso in una  soluzione elettrolitica (solitamente soluzione KCl satura di AgCl) che produce un potenziale costante. Un piccolo setto, un componente ce­ramico poroso, fa da filtro collegando il sistema interno con l’esterno. Questo sistema è chiamato semicella di riferimento. Lo strumento misura in mV la differenza di potenziale tra la semicella di misura e la semicella di rif­erimento. La misura è visualizzata sul display dello strumento in mV e/o pH.

La risposta in mV di un elettrodo pH segue l’equazione di Nernst:

 Eobs = EC + In(10)(RT / nF)(log[aH+])

Eobs = Potenziale osservato

EC = Potenziale di riferimento inclusi altri potenziali stabili e fissi

aH+ = Attività ione idrogeno

T = Temperatura in gradi Kelvin (C° + 273.15)

n = Numero di valenza dello ione misurato

F = Costante di Faraday (9.6485 x 104)

R = Costante dei gas (8.31432J / KMol)

Temperatura (°C)

Slope (mV/pH)

05

55.18

10

56.18

15

57.18

20

58.17

25

59.16

30

60.15

35

61.14

Come la temperatura influenza la soluzione pH

Il pH di un campione varia in funzione della temperatura. Se la temperatura aumenta, aumenta anche l’attività ionica in quanto varia la dissociazione degli ioni in soluzione. Per maggiore chiarezza Hanna riporta sulle etichette delle soluzioni standard di pH il valore corretto in funzione della temperatura. Esempio: In caso di misurazione in acqua ultra pura, si osserva una variazione di ~1.3 pH tra 0 e 100°C. Questo esempio dimostra come anche una soluzione a pH neutro può essere influenzata dalla temperatura. Le soluzioni tampone sono soluzioni stabilizzate e durante la calibrazione si visualizzerà il valore pH relativo a 25°C. Una volta terminata la calibrazione si leggerà il valore reale di pH alla temperatura di misurazione nella soluzione standard in quel momento. Da questa equazione si può vedere se la temperatura T cambia. Anche il valore In(10)RT/nF noto come fattore slope cambierà. La tabella di seguito illustra come cambia la slope al variare della tem­peratura.

 

2 - L'elettrodo per la misura del pH

a. Come è fatto un elettrodo pH

 

Come è fatto un elettrodo pH

L’elettrodo pH è un sistema costituito da:

  • una parte sensibile, di misura detta semicella o elettrodo singolo pH, il cui potenziale varia in modo proporzionale all’attività degli ioni idrogeno H+
  • una parte di controllo, nota come semicella o elettrodo di riferimento, dotata di un potenziale stabile e costante.
La maggior parte degli elettrodi odierni sono compatti, robusti e semplici da utilizzare.

La tecnologia ha racchiuso le due semicelle di misura e di riferimento in un unico elemento detto elettrodo combinato. Nell’elettrodo combinato, l’elettrodo singolo pH si trova all’interno dell’elettrodo di riferimento.

L’elettrolita di riferimento mantiene il contatto elettrico con la soluzione campione per mezzo di un diaframma poroso. Per scegliere un elettrodo bisogna tenere conto della natura dei campioni in cui si eseguono le misure, e quindi selezionare il tipo idoneo in base alle sue caratteristiche tecniche.

 

b. Giunzione del sistema di riferimento: Giunzione singola versus Giunzione doppia

 

Giunzione singola e Giunzione doppia degli elettrodi pH

Gli elettrodi convenzionali normalmente sono a giunzione singola. La giunzione, detta anche setto, serve a mettere in contatto la semicella di riferimento con il campione. In campioni particolarmente sporchi, analisi effettuate a temperature elevate o in soluzioni molto acide o alcaline il flusso del campione dall’esterno verso l’interno potrebbe essere maggiore rispetto a quello inverso portando all’ingresso di campione e la contaminazione del sistema di riferimento. Inoltre a mano a mano che si utilizza un elettrodo a giunzione singola, potrebbero verificarsi dei precipitati di AgCl, derivanti dal contatto tra il flusso proveniente dal campione con la soluzione elettrolitica interna, diventando una potenziale fonte di errori nella lettura.  

Hanna per ovviare e prevenire queste problematiche ha pensato ad un sistema a doppia giunzione, dove la semicella di riferimento è protetta all’interno di una camera in vetro interna con un setto poroso dedicato a contatto con la semicella di misura e non direttamente con il campione. Un secondo setto poroso è stato previsto sul corpo dell’elettrodo e sarà in contatto direttamente con il campione in analisi. 

La tecnologia a doppia giunzione minimizza le possibili contaminazioni della cella di riferimento da parte del flusso del campione dall’esterno verso l’interno. Essendo un sistema separato fisicamente, la probabilità di contatto tra la soluzione interna e quella in analisi è quasi azzerrata. Inoltre non si verificheranno precipitati di sali di argento in quanto la soluzione elettrolitica nel riferimento è senza argento.

Hanna offre per gli elettrodi a singola giunzione la soluzione di riempimento HI7071 che contiene 3.5M KCl + AgCl, mentre per gli elettrodi a doppia giunzione fornisce la soluzione HI7082 che contiene solo 3.5M KCl.

c. Setto poroso: i diversi tipi di giunzione

 

Giunzione con setto poroso ceramico

1)     Setto poroso ceramico

Normalmente utilizzato per elettrodi con corpo in vetro, il setto poroso cerami­co è disponibile in versione singola o multipla (fino a 3 su un unico elettrodo).  

Giunzione con setto poroso in PTFE

2)     Setto poroso in PTFE (Politetrafluoroetilene)

Il PTFE è un materiale idrorepellente, nella gran parte dei casi è utilizzato in applicazioni industriali per la sua resistenza chimica.

Giunzione con setto poroso in fibra estraibile

3)     Fibra estraibile

Questo tipo di giunzione si trova spesso in elettrodi pH con corpo in plastica ed elettrolita in gel. Il vantaggio di questa giunzione è che è rinnovabile.

Ovvero è possibile estrarre verso l’esterno la fibra e tagliare la parte consumata. In questo modo la giunzione a contatto con il campione si rinnova completamente.

Setto con giunzione aperta

4)     Giunzione aperta

Questo tipo di giunzione si trova spesso in elettrodi per la misura di pH negli ali­menti.

L’interno dell’elettrodo, nella gran parte dei casi in gel impregnato di soluzione satura KCl, è in comunicazione diretta con la soluzione da misurare.

Diversi sono i vantaggi di un sensore di pH con giunzione aperta, primo fra tutti la non occlusione, tipica di un setto poroso ceramico tradizionale e poi una bassa impedenza che si traduce in una maggiore velocità nella lettura. 

Giunzione conica

5)     Giunzione conica

Questo tipo di giunzione permette un continuo riciclo di soluzione elettrica fresca dall’interno verso l’esterno.

Tipica dei sensori a semicella di riferimento permette una velocità di flusso  maggiore rispetto ad una giunzione di tipo ceramico.

 

d. Membrana: quattro differenti formulazioni di vetro sensibile pH

 

Hanna ha selezionato le migliori composizioni di vetro per ogni tipologia di sensore al fine di  assicurare misure precise per ogni esigenza e applicazione.

Le caratteristiche del bulbo in vetro sensibile, utilizzato nella produzi­one degli elettrodi pH, sono estremamente importanti per la riuscita della risposta del sensore. Le caratteristiche di un vetro sono: la plasmabilità (ovvero quali forme possono essere create con una certa composizione di vetro); la sua impedenza (influenzata dalla forma e dallo spessore); l’intervallo di pH; l’errore alcalino e acido; la resistenza all’acido fluoridrico e la resistenza all’abrasione.

Per questo motivo Hanna utilizza quattro differenti tipi di vetro sensibile in modo da soddisfare il più possibile ogni campo di applicazione.

Esempio: Hanna propone elettrodi con bulbo in vetro LT (low temperature) a bassa impedenza  particolarmente adatti ad eseguire misurazioni in soluzioni a bassa conducibilità o a bassa temperatura. L’impedenza del vetro sensibile al pH raddoppia al diminuire della temperatura (ogni 10 °C), di conseguenza una impedenza molto alta determinerebbe un segnale non pulito e incostante che porterà a misure errate. Viceversa per campioni a temperature elevate, il vetro LT si potrebbe deformare, per queste applicazioni Hanna ha previsto una tipologia di vetro HT (high temperature).

Creazione sonda

1)     Vetro GP (General Purpose)

Il vetro sensibile agli ioni idrogeni per uso generale (GP) di colore verde, fornisce la migliore risposta sull’intero in­tervallo della scala di pH (da 0 a 14) ed è utilizzato per una grande varietà di applicazioni. Risultati precisi si otten­gono con una geometria sferica di 9.5 mm di diametro, ottenendo un sistema con impedenza 100 MΩ. Il vetro GP è utilizzato anche per bulbi a sfera di diametro più piccolo. Più il diametro della sfera è ridotto più aumenta l’impedenza del sistema. Inoltre anche il tempo di risposta può aumentare da 2 secondi (con una sfera da 9.5mm) fino a 6 secondi  con una sfera da 3 mm.

 

2)     Vetro LT (Low Temperature )

Il vetro LT, di colore verde scuro, grazie alle caratteristiche a bassa impedenza, è utilizzato per bulbi in vetro piatti o a forma conica, o in sensori destinati all’utilizzo in campioni a basse temperature. Se un elettrodo ha un’impedenza molto elevata, la rispos­ta della misurazione sarà lenta e si potrebbe verificare una caduta del potenziale portando ad errori. A temperature inferiori a -8°C la soluzione elettrolitica interna potrebbe congelarsi ed espandersi danneggiando il sensore.  

 

3)     Vetro HT (High Temperature)

Il vetro HT di colore verde chiaro, progettato per l’utilizzo ad temperatura elevata, ha una impedenza con un coefficiente di tem­peratura di circa 14.3% per gradi Celsius. Il vetro sensibile HT ha un’impedenza di 400 MΩ a circa 25°C. A temperature estremamente elevate l’impedenza diminuisce significativamente. In questo modo il vetro HT permette di ottenere misurazioni di pH precise, anche a temperature elevate per periodi di tempo estesi fino a 100°C. A temperatura ambiente, il tempo di risposta può aumentare quindi si deve attendere più tempo per raggiungere l’equilibrio in soluzioni tampone.

 

4)    Vetro HF (Hydrofluoric acid)

L’acido fluoridrico può sciogliere il vetro rapidamente. Per questo Hanna utilizza il vetro resistente HF, specifico per ap­plicazioni aggressive che contengono fluoruri. Gli elettrodi progettati con questo vetro durano dieci volte di più rispetto a quelli in vetro standard (da 10 a 100 giorni). Tuttavia non è adatto per misurazioni di pH superiori a 10 (errore alcalino). L’intervallo di pH raccomandato per questo tipo di vetro è da 2 a 10 pH e per campioni fino a 2 g/L di fluoruri.

 

 

Tipologie di punta dell'elettrodo pH

e. Punta dell’elettrodo

La punta dell’elettrodo di pH può avere diverse forme. Hanna offe elettrodi di pH con punta sferica, conica, piatta e per l’analisi di piccoli campioni sono disponibili anche micro­elettrodi. La punta sferica è consigliata per usi generali in soluzioni acquose o liquide , fornendo una ampia superficie di contatto con il campione di misura. La punta conica è consigliata per misure in prodotti semisolidi, emulsioni, formaggi ed alimenti in generale. La punta piatta è ideata per misure direttamente su superfici come la cute, le pelli e la carta.

f. Corpo dell’elettrodo

Generalmente gli elettrodi di pH combinati sono in vetro inerte, ovvero non sensibile agli ioni idrogeno. Tutti gli elettrodi in vetro sono ideali per misure di rou­tine in laboratorio in quanto rispondono velocemente alle variazioni di temperatura e si puliscono facilmente in soluzione Hanna di pulizia(HI7061L). In alcune applicazioni possono risultare poco resistenti.

Per questo Hanna utilizza un rivestimento esterno termoplastico sul corpo dell’elettrodo rendendo il sensore più resistente. Esempi di questi materiali sono: le resina PEI, PVDF e PP. Tuttavia vi sono sensori per applicazioni industriali costituiti da altri materiali come PVC e titanio. Il corpo in titanio previene da possibili interferenze derivanti da campi elettrostatici e magnetici, fornisce maggiore resistenza alla corrosione, anche in acqua di mare.

g. Matching pin

Il corpo in titanio funge anche da matching pin. E’ una tecnica di misura differenziale utilizzata per eliminare potenziali interferenti, esterni a quello di misura legato agli ioni idrogeno. Il matching pin raccoglie questi campi magnetici variando il potenziale di riferimento e aggiustandolo continuamente rispetto ai potenziali parassiti. Questa tecnologia permette perciò di garantire misure di pH stabili e sempre affidabili. Viceversa in un sistema senza matching pin, le correnti elettriche nel campione possono influenzare il potenziale costante della semicella di riferimento portando a misure di pH errate.

 

h. Tipologie di connettore

Tipologie di connettore dell'elettrodo pH

La maggior parte degli strumenti Hanna si abbina ad elettro­di pH con uno dei connettori elencati di seguito. Tra questi il connettore BNC è il più versatile e può essere utilizzato anche con strumenti non Hanna. Vi sono poi connettori: DIN, 3.5 mm, a vite (tipo S e T). I connettori a vite (tipo S e T) si possono collegare direttamente ad uno strumento con connettore BNC mediante cavo di connessione HI7855.

 

 

3. Strumenti per la misura del pH

Strumenti per l'analisi del pH

a. Strumenti monoparametro o multiparametro

Hanna Instruments offre strumentazione per la misura di uno o più parametri per soddisfare una varietà di analisi.

Strumenti a singolo parametro

Gli strumenti Hanna a singolo parametro sono semplici e accurati. Sono adatti a test dove il parametro di misura deve  essere testato rapidamente e in modo diretto. Risultano sempre molto semplici da utilizzare anche da personale non tecnico.

Strumenti Multiparametro 

Il vantaggio degli strumenti multiparametro Hanna è che l’operatore scegliendo un solo strumento ha la possibilità di misurare più parametri, anche simultaneamente. Gli strumenti multiparametrici offrono diverse modalità operative, riuscendo a soddisfare molteplici richieste. Sono disponibili in due configurazioni:

  • Strumenti multiparametro che possono misurare due o tre parametri, ma solo un parametro alla volta (ad. esempio edge)
  • Strumenti multiparametro che possono misurare due o tre parametri simultaneamente. Utili in progetti di ricerca dove il processo in analisi è influenzato da diversi parametri correlati tra di loro. Lo strumento in questo caso è fornito di più ingressi per la connessione dei diversi sensori (ad es. HI5522)

b. Caratteristiche Tecniche Salienti

Ingresso per la misura di pH

Gli strumenti Hanna nella gran parte dei casi sono dotati di due differenti tipi di connettori per elettrodi pH: BNC e DIN. Il Connettore BNC (Bayonet Neil-Concelman) è un comune connettore utilizzato per dispositivi con cavo coassiale. Il BNC si ritrova per elettrodi combinati o a semicella di misura. Il Connettore DIN (Deutches Institut für Normung) è di tipo circolare a 7 pin e viene utilizzato per collegare elettrodi di pH amplificati, al cui interno è presente un sensore di temperatura integrato. (minijack)

Ingresso per la misura della Temperatura

La temperatura influenza le misurazioni di pH, perciò per misure accurate è necessario effettuare una compensazione. La compensazione della temperatura può essere effettuata in tre modi:

  • Attraverso una sonda separata appositamente per misurare la temperatura.
  • Scegliendo un elettrodo di pH con sensore di temperatura integrato.
  • Inserendo una regolazione manuale della temperatura.

Laddove non è presente l’ingresso per la misura della temperatura, molti strumenti permettono anche di inserire manualmente il valore della temperatura, rilevato ad esempio con un termometro di riferimento.

Compensazione della temperatura nella misura di pH

Per misure accurate è necessario effettuare una compensazione della temperatura. L’ingresso della misurazione della temperatura può essere un sensore di temperatura (esterno o integrato) o un trimmer regolato manualmente. In entrambi i casi, lo strumento effettua una regolazione della lettura del pH, compensando possibili fluttuazioni del sensore di pH, restituendo il valore reale di pH alla temperatura di misurazione del campione (compensato in temperatura).

Lettura in mV

Gli strumenti Hanna con funzione di lettura in mV, permettono di misurare il potenziale in mV di un elettrodo pH, ORP o ISE.

c. Il sistema CAL Check™

Tutti gli strumenti Hanna sono dotati di un esclusivo controllo e sistema CAL Check™. Un vero e proprio sistema diagnostico che garantisce precisione delle letture di pH e che prevede la segnalazione direttamente sul display di eventuali problemi durante il processo di calibrazione. Il sistema di controllo CAL Check™ evita letture errate causate da elettrodi di pH sporchi o difettosi, o dall’utilizzo di soluzioni pH contaminate durante la calibrazione. Con gli strumenti Hanna la calibrazione è guidata passo dopo passo mediante visualizzazione su display degli step richiesti. Una volta completata la procedura lo strumento fornisce in automatico la condizione e il tempo di risposta dell’elettrodo, permettendo all’operatore di valutare le condizioni di salute del nostro pHmetro.

Errori durante la Calibrazione

I pHmetri Hanna con tecnologia CAL Check™ calcolano e memorizzano lo stato dell’elettrodo ad ogni calibrazione. I risultati provenienti da singole calibrazioni consecutive sono confrontati tra di loro e contribuiscono al mantenimento di letture precise e accurate. In questo modo anche una minima diminuzione di performance dell’elettrodo è rilevata e può essere immediatamente gestita (ad esempio la necessità di effettuare una pulizia in quanto l’elettrodo risulta sporco).

Contaminazione della soluzione tampone di pH

Durante la procedura di calibrazione le soluzioni tampone di pH possono contaminarsi. Ad esempio inserendo una sonda sporca, utilizzando buffer scaduti o precedentemente in uso. Questi fattori portano a calibrazioni errate e di conseguenza anche le letture di pH non saranno accurate. Il Sistema CAL Check™ di Hanna permette di rilevare questi problemi proprio durante la calibrazione, mostrando avvisi sul display del problema rilevato.

Tempo di risposta degli Elettrodi

Durante la calibrazione, un altro parametro monitorato, negli strumenti provvisti di tecnologia CAL Check™, è il tempo di risposta di un elettrodo. Questo viene calcolato in base alla quantità di tempo necessaria per ottenere una misura stabile, una volta che l’elettrodo è immerso in un nuovo buffer che abbia almeno una differenza di pH superiore a 3 rispetto al punto precedente.

d. Caratteristiche Aggiuntive

Gli standard GLP e ISO richiedono la tracciabilità delle operazioni. Hanna garantisce la qualità della procedura di calibrazione secondo gli standard GLP e ISO, permettendo la tracciabilità delle operazioni. Permette la archiviazione di informazioni complete per identificare codice e numero seriale dello strumento, operatore e data e ora in cui è stata eseguita la calibrazione. Inoltre la funzione di memorizzazione dei dati, utile in fase di lettura, è presente in diverse modalità nei pHmetri Hanna. La registrazione di una misurazione può essere automatica, a intervalli oppure manuale con raggiungimento della stabilità della lettura. Inoltre la maggioranza dei pHmetri Hanna sono dotati di display a colori e guide in linea per aiutare l'operatore nel funzionamento e la calibrazione.

Punti di Calibrazione e soluzioni tampone di pH

La calibrazione di un elettrodo pH è eseguita solitamente utilizzando due punti: pH 7.01 e pH 4.01 o pH 10.01. Questo si basa sul presupposto che l’andamento della lettura di pH è lineare da pH 3 fino a pH 10.01. Per misure accurate Hanna consiglia di utilizzare un punto di calibrazione il più vicino possibile al valore atteso nel campione in analisi. Per questo i pHmetri Hanna offrono la possibilità di calibrare su più di 2 punti, ad esempio 2, 3, fino a 5 punti di calibrazione per assicurare precisione e letture affidabili. La serie di tamponi Hanna a valori di pH: 1.68, 3.00, 4.01, 6.86, 7.01, 9.18, 10.01 e 12,45 copre l’intero intervallo della scala di pH. Durante la calibrazione, lo strumento riconosce le soluzioni tampone di pH compensate ad una temperatura di 25°C, infatti un buffer a pH 10,01 ha un valore di pH 10,01 solo a 25 °C. Una volta completata la calibrazione lo strumento mostrerà il valore di pH relativo alla temperatura del campione. Sull’etichetta di ogni soluzione di pH Hanna è presente la tabella di correlazione tra pH e temperatura.

Soluzioni Tampone pH personalizzati

Hanna ha implementato il concetto di soluzione tampone di pH, introducendo nei pHmetri l’utilizzo di punti di calibrazione personalizzati differenti dai valori standard. Consentendo all’operatore di aggiungere un punto di pH per la calibrazione il più adeguato alle sue esigenze.

Stabilità della lettura durante la calibrazione

La stabilità delle letture è importante per evitare errori durante la calibrazione e la misurazione. Per questo, un punto di calibrazione deve essere confermato al raggiungimento di un segnale di misura stabile. Con i pHmetri Hanna l’operatore è costantemente guidato durante la procedura di calibrazione e aggiornato sull’andamento della lettura. Le condizioni di stabilità/instabilità sono segnalate da una clessidra o da un messaggio sul display, garantendo la conferma del punto di calibrazione solo quando è raggiunta una misura stabile. Il criterio di stabilità durante la calibrazione è più rigoroso rispetto a quello applicato durante la misurazione. Questa modalità permette di evitare errori confermando punti di calibrazione con letture non stabili e quindi errate. Questo sistema di controllo è presente sia per la modalità di calibrazione automatica che manuale.

Lettura fuori dall’intervallo di calibrazione

La funzione di avviso di lettura fuori dall’intervallo di calibrazione è molto importante e contribuisce a garantire il sistema di Buona Pratica di Laboratorio (GLP) eseguendo letture affidabili. Infatti se la  misurazione nel campione ha un valore di pH al di fuori dell’intervallo di calibrazione strumentale si visualizzerà il messaggio "Fuori intervallo di calibrazione". Il valore viene comunque visualizzato ma l’operatore è avvertito che potrebbe non essere una lettura accurata. Se si sceglie di calibrare a pH 4.01 e 7.01 è raccomandato misurare campioni con valori pH compresi nell’intervallo tra 4.01 e 7.01. 

Promemoria di Calibrazione

La funzione di promemoria di calibrazione, ad esempio "fuori intervallo di calibrazione", è un avviso GLP. E’ possibile programmare un messaggio di avviso di calibrazione. Infatti, programmare regolarmente le calibrazioni è di cruciale importanza per ottenere misure accurate e ripetibili. Inoltre contribuisce al sistema di Buona Pratica di Laboratorio (GLP). Se la funzione è abilitata, si visualizzerà sul display un promemoria per la calibrazione dell’elettrodo.

Calibrazione guidata (passo dopo passo)

Al fine di evitare errori durante la procedura di calibrazione, i pHmetri Hanna sono dotati di sistema di calibrazione guidata con messaggi intuitivi sul display che indicano l’operazione da eseguire. In alcuni casi è possibile saltare alcuni passaggi scegliendo una sequenza di calibrazione diversa da quella standard suggerita (ad esempio eseguire la calibrazione prima a pH 4.01, poi a pH 7.01).

Le Soluzioni Tampone

4 - Le soluzioni tampone (o di calibrazione)

Soluzioni standard pH: sono soluzioni standard stabili utilizzate durante la calibrazione di un pHmetro. Per ottenere risul­tati più precisi, si consiglia di utilizzare almeno due punti per la calibrazione e il più vicino possibile al valore di pH atteso nel campione di analisi.

Vedi tutte le soluzioni tampone disponibili 

Vedi tutte le soluzioni di pulizia per gli elettrodi

Vedi tutte le soluzioni di mantenimento per gli elettrodi

 

 

Agitatore Magnetico

5 - L'Agitatore Magnetico

Per misure accurate di pH, la buona pratica di laboratorio prevede l’utilizzo di un agitatore magnetico. Una adeguata miscelazione della soluzione in analisi, sia soluzione standard che campione, elimina possibili gradienti di temperatura e pH della soluzione, assicurando una lettura corretta.

Vedi tutti gli agitatori magnetici di HANNA instruments

6 - Calibrazione pH

a. Raccomandazioni

La calibrazione di un pHmetro può essere eseguita anche ogni giorno. E’ consigliata ogni volta che si inizia una nuova serie di misurazioni o dopo lunghi periodi di inutilizzo dello strumento. Bisogna inoltre tenere in considerazione che qualsiasi errore durante la calibrazione avrà effetto su tutte le successive letture di pH e fino a quando non viene eseguita una nuova calibrazione.

Per evitare errori durante la calibrazione si raccomanda di seguire pochi semplici suggerimenti standard:

  1. 1. Prima della calibrazione assicurarsi che l’elettrodo sia pulito e condizionato in HI70300.
  2. 2. Utilizzare soluzioni standard di pH fresche (controllare la data di scadenza).
  3. 3. Durante la calibrazione, risciacquare l'elettrodo con acqua distillata per evitare la contaminazione tra soluzioni tampone. In alternativa utilizzare come risciacquo della soluzione standard del buffer successivo.
  4. 4. Attendere che la lettura sia stabile prima di confermare il punto di calibrazione (meglio se effettuata in agitazione).
  5. 5. Effettuare la compensazione della temperatura sia durante la calibrazione che la lettura del pH.

La calibrazione è un fattore chiave per ottenere letture accurate, per questo Hanna fornisce con ogni pHmetro un pacchetto iniziale di soluzioni di calibrazione e pulizia.

b. Preparazione dell’elettrodo pH

Un elettrodo di pH Hanna pulito e condizionato fornirà delle misure corrette e affidabili. Quando si utilizza un nuovo elettrodo, bisogna dapprima rimuovere il cappuccio protettivo e controllare l’elettrodo. Durante il trasporto o la conservazione potrebbero essersi formati depositi di sale a causa dell’evaporazione della soluzione presente all’interno del cappuccio protettivo. Questo è del tutto normale, basterà sciacquare con acqua distillata e asciugare per pulire la sonda. Raramente si possono formare bolle d’aria all’interno del bulbo di vetro, in questo caso si consiglia di scuotere delicatamente l’elettrodo come un termometro a mercurio. Prima di eseguire la calibrazione assicurarsi che l’elettrodo sia stato conservato e messo a riposo per almeno 2 ore in soluzione di conservazione HI70300. In questo modo si assicura una corretta idratazione e condizionamento della membrana sensibile in vetro.

c. Risciacquo con acqua distillata o deionizzata

Prima di immergere l’elettrodo nella soluzione di calibrazione, bisogna assicurarsi che sia stato precedentemente pulito con acqua distillata o deionizzata e asciugato. In questo modo si prevengono eventuali contaminazioni delle soluzioni tampone a concentrazione nota. Anche prima di effettuare una misura è necessario sciacquare l’elettrodo con acqua distillata o deionizzata e asciugare.

Immersione dell'elettrodo oltre la giunzione

d. Accorgimento: utilizzare solo soluzioni fresche

La calibrazione dell’elettrodo pH è strettamente legata alla soluzione tampone utilizzata. Per questo le soluzioni standard devono essere sempre fresche e bisogna verificare la data di scadenza prima del loro utilizzo. Inoltre una volta aperta la bottiglia, si consiglia di utilizzarla entro sei mesi. Prima di procedere alla calibrazione è opportuno versare una piccola quantità di soluzione standard in un bicchiere a parte (30 ml circa). Una volta utilizzata, la soluzione va gettata o al massimo può essere riutilizzata il giorno dopo come risciacquo. Se si utilizzano soluzioni standard vecchie o riutilizzate il valore di pH risulterà alterato, non conforme a quello  indicato sull’etichetta e di conseguenza porterà ad errori durante la calibrazione e le letture.

e. Accorgimento: svitare la vite del foro di riempimento

Se si utilizza un elettrodo pH ricaricabile, la vite sul foro di riempimento deve essere svitata o rimossa completamente prima della calibrazione e della misurazione. Andrà riavvitata a fine misurazione/calibrazione e durante la conservazione. Rimuovendo la vite laterale si creerà una pressione positiva nella cella di riferimento portando una maggiore velocità del flusso dell’elettrolita attraverso la giunzione esterna e una lettura più veloce e stabile.

Durante la calibrazione e le misurazioni è fondamentale che sia il bulbo in vetro che il setto poroso siano completamente immersi nella soluzione standard di pH o nel campione, altrimenti sia la lettura che la calibrazione risulterà errata.

f. Accorgimento: utilizzare un agitatore magnetico

Durante la calibrazione e le misurazioni si consiglia di utilizzare un agitatore magnetico per miscelare e rendere il più omogeneo possibile il campione in analisi e le soluzioni standard.

Questo fornirà letture di pH accurate e stabili. 

Valore di offset a pH7

g. Calibrazione a 1 punto

Generalmente se si esegue una calibrazione ad un punto è importante scegliere il punto a pH 7.01 come soluzione standard. Il valore in mV a pH 7.01 definisce il valore di offset dell’elettrodo.

Idealmente in una soluzione standard a pH 7.01 il valore in mV dovrebbe essere 0.00, ma si accetta un valore compreso nell’ intervallo tra -25mV e +25mV.

Valore di slope

h. Calibrazione a più punti

E’ caldamente suggerita una calibrazione su almeno due punti, per garantire risultati accurati e affidabili. Come per il primo punto di calibrazione anche per il secondo è importante utilizzare soluzioni standard a titolo noto, inoltre la scelta deve basarsi sulla stima del valore di pH atteso nel campione da analizzare.Per esempio, se il valore atteso è pH 8, l’elettrodo dovrebbe essere calibrato utilizzando soluzioni a pH 7.01 e pH 10.01. In questo modo lo strumento risulterà calibrato nell’intervallo corretto di pH. Il secondo punto permetterà inoltre di calcolare il valore di slope dell’elettrodo. Il valore di slope sarà dato dalla differenza dei mV a pH7.01 meno i mV a pH 4.01. In condizioni ottimali il valore di slope deve risultare maggiore di 160 mV.

 

 

7 - Manutenzione e conservazione dell'elettrodo

 

a. Consigli generali

Si consiglia di verificare periodicamente il valore di offset e slope dell’elettrodo pH. Utilizzare la modalità di misura in mV per valutare i parametri di offset e slope. Un elettrodo di pH dovrebbe avere un valore di offset (a pH 7.01) di ±25 mV. Valori al di fuori di questo intervallo potrebbero indicare che l’elettrodo ha bisogno di essere pulito o che la soluzione di riempimento è contaminata. Il valore della slope deve invece essere maggiore di 160 mV. La gran parte degli strumenti Hanna avvisano automaticamente l’utente se l’offset o la slope sono fuori dall’intervallo di accettazione mediante la funzione GLP (Good Laboratory Practice).

Tappo di riempimento dell'elettrolita

b. Soluzioni elettrolitiche di riempimento (per elettrodi ricaricabili)

<p >In caso di utilizzo di un elettrodo ricaricabile è opportuno controllare costantemente il livello dell’elettrolita. Se il livello risulta più basso di 1 cm rispetto alla vite laterale si deve procedere con il riempimento della soluzione elettrolitica fino a lasciare solo una piccola bolla d’aria all’interno. A seconda del tipo di elettrodo si utilizzerà la soluzione di riempimento HI7082 (3.5M KCl) se a doppia giunzione e HI7071 (3.5M KCl + AgCl) se a singola giunzione. 

Soluzione di mantenimento per elettrodi pH

c. Conservazione dell'elettrodo

Per assicurare tempi di risposta ottimali bisogna mantenere sempre idratato sia il bulbo in vetro sensibile che il setto poroso. Per la conservazione, utilizzare sempre e solo HI70300, versando qualche goccia nel cappuccio protettivo o in un bicchiere a parte dove immergere l’elettrodo. Se si utilizza una soluzione diversa, come acqua distillata o di rubinetto, il bulbo in vetro si danneggerà in quanto non è rispettata la giusta idratazione. Se la soluzione di conservazione non è disponibile è consigliabile la conservazione momentanea a pH 7.01 o a pH 4.01.

Non conservare mai l’elettrodo pH in acqua pura, il bulbo si disidraterà.

La concentrazione della soluzione di riempimento, per elettrodi a doppia giunzione, è 3.5M KCl. Se si conserva l’elettrodo in acqua distillata si creerà un effetto osmotico con un flusso dall’esterno verso l’interno e viceversa, in quanto soluzioni ioniche a diversa molarità (con un gradiente di concentrazione). Tutto questo porterà anche ad una variazione del potenziale di riferimento, per questo in caso di elettrodi non ricaricabili, con elettrolita in gel, la conservazione in acqua distillata porterà a danneggiare l’elettrodo più velocemente.

Controllare se sono presenti graffi o crepe nel bulbo o sul corpo dell’elettrodo. Se presenti, sostituire l’elettrodo.

d. Pulizia dell’elettrodo

La causa più comune di misure non precise è un elettrodo sporco o non pulito nel modo corretto. L’utilizzo di un elettrodo pulito e ben mantenuto è molto importante a cominciare dalla fase di calibrazione che fornirà dei riferimenti di lettura del valore di pH. Calibrare uno strumento con un elettrodo sporco determinerà letture inesatte. Se il valore di offset continua a risultare instabile o al di fuori dell’intervallo ±25 mV, anche dopo la pulizia, potrebbe essere necessario sostituire l’elettrodo. Diverse sono le soluzioni di pulizia che Hanna offre a seconda della tipologia di campione in analisi. Di seguito sono descritte le modalità e i tempi per eseguire una procedura di pulizia corretta.

Pulizia generale (HI7061)

Immergere la sonda nella soluzione di pulizia Hanna per uso generale HI7061 per circa 30 minuti. Si consiglia questa soluzione per applicazioni non aggressive, dove la misura di pH si effettua in soluzioni acquose generalmente neutre.

Sostanze proteiche (HI7073)

Immergere la sonda nella soluzione di pulizia Hanna per sostanze proteiche HI7073 per 15 minuti. Utile per quegli elettrodi che vengono a contatto con sostanze proteiche (campioni di carne) che possono alterare il bulbo del sensore, danneggiandolo. Per questo la soluzione di pulizia per usi generali potrebbe non essere sufficiente per pulire a fondo eventuali residui. Inoltre in alcuni casi lo strumento riesce a portare a termine la calibrazione nonostante l’elettrodo risulti sporco, tuttavia potrebbe essere necessario ricalibrare più frequentemente e si potrebbe verificare la perdita della calibrazione.

Sostanze inorganiche (HI7074)

Immergere la sonda nella soluzione di pulizia Hanna per sostanze inorganiche HI7074 per 15 minuti. Questa soluzione è utile per rimuovere anche precipitati d’argento derivanti dalla soluzione elettrolitica che si potrebbero formare sul setto poroso ceramico.

Sostanze oleose e grasse (HI7077)

Immergere la sonda nella soluzione di pulizia Hanna per sostanze oleose e grasse HI7077. Questa soluzione è suggerita se si eseguono misurazioni di pH in campioni a base di olio o grassi. Infatti per rimuovere queste sostanze idrofobe è necessario utilizzare una soluzione di pulizia più aggressiva ma sempre delicata in quanto andrà ad agire sul bulbo sensibile.

Per tutte le tipologie di soluzioni di pulizia, al termine è necessario sciacquare l’elettrodo con acqua distillata e immergere l’elettrodo nella soluzione di conservazione HI70300 o HI80300 per almeno 2 ore. Prima di eseguire una nuova misurazione sarà necessario ricalibrare lo strumento.

8 - Risoluzione dei problemi

a. Misure errate / drift

Contaminazione dell’elettrodo - Pulire l’elettrodo.

Setto poroso ostruito - Utilizzare la soluzione di pulizia più adatta, in base al tipo di campione analizzato. In presenza di un setto poroso particolarmente ostruito è possibile immergere la sonda in un acido come 0.1M HCl o 0.1M HNO3 a temperature elevate (50°C) per circa un’ora. Se il setto poroso è costantemente ostruito ad esempio a causa di misurazioni in campioni semisolidi, si consiglia di verificare il tipo di elettrodo in base all’applicazione, contattando il centro di assistenza tecnica.

Campioni a bassa conducibilità – Si consiglia di utilizzare un elettrodo con 3 setti porosi (HI1053) o una giunziona aperta (HI1048) in modo da aumentare il flusso di scambio tra l’interno e l’esterno della cella di misura.

Elettrodo non ben idratato - Utilizzare la soluzione di conservazione HI70300 per la conservazione dell’elettrodo. Se tenuto a secco immergere l’elettrodo per almeno 2 ore prima di effettuare una misurazione.

b. Lo strumento mostra un valore di pH fisso

Elettrodo rotto - L’elettrodo potrebbe essere rotto o danneggiato a livello della semicella di misura o del riferimento. Lo strumento visualizza lo stesso valore di pH anche se immerso in soluzioni standard differenti.

c. Letture non corrette.

Controllare la calibrazione, in quanto potrebbe non essere corretta

Assicurarsi che l’elettrodo di pH sia stato tenuto pulito e conservato nella soluzione HI70300. Inoltre durante la calibrazione si consiglia di sciacquare l’elettrodo con acqua distillata tra una soluzione standard e la successiva per evitare la contaminazione. Utilizzare sempre soluzioni standard a temperatura ambiente. E’ opportuno controllare i valori di offset e slope dell’elettrodo, verificando che l’offset (il valore in mV a pH 7.01) sia ±25 mV e la slope (la differenza in mV tra pH 7.01 e pH 4.01) sia maggiore di 160 mV. Se al di fuori di questo intervallo, si consiglia di controllare la data di scadenza delle soluzioni e di sostituirle con lotti più freschi. Successivamente ripetere la calibrazione. Se la slope continua a non soddisfare il requisito di accettabilità, procedere con la sostituzione della soluzione elettrolitica di riempimento ed eseguire la pulizia dell’elettrodo con soluzione Hanna di pulizia. In alcuni casi potrebbe essere necessario sostituire l’elettrodo.

Calibrare e misurare a temperature differenti 

Si consiglia di utilizzare uno strumento con compensazione automatica della temperatura o un elettrodo di pH con sonda di temperatura interna. Se possibile si consiglia di calibrare utilizzando soluzioni standard a temperatura ambiente (@25°C). La calibrazione avviene utilizzando il valore di pH riportato sull’etichetta delle soluzioni di pH a 25°C (esempio pH 7.01 e 4.01). Una volta terminata la calibrazione il valore di pH letto sarà quello relativo alla temperatura del campione nel momento dell’analisi. Lo strumento, se presente la sonda di temperatura, attuerà un aggiustamento (compensazione della temperatura) del valore di pH.

Calibrazione con un elettrodo sporco

Un elettrodo sporco, anche se non visibile ad occhio nudo, altera le caratteris­tiche della membrana sensibile al pH e di conseguenza anche la calibrazione non è più valida.

d. Misurare a pH elevati (>pH 10.0) 

In caso di misure in campioni alcalini si consiglia di utilizzare un elettrodo pH con una formulazione in vetro HT in modo da minimizzare l’errore alcalino.

e. Durata dell’elettrodo pH

Temperature elevate riducono la durata degli elettrodi pH. Inoltre la durata dell’elettrodo è strettamente correlata alla modalità di utilizzo e alla corretta manutenzione. Se utilizzato a temperatura ambiente (25°C), un elettrodo pH di solito dura 1-2 anni.

Conservare l’elettrodo in acqua distillata o di rubinetto riduce drasticamente la durata di un elettrodo. Danneggiandolo in breve tempo. Si raccomanda la conservazione in soluzione HI70300.

Soluzioni di analisi contenenti acidi fluoridrici a pH minori di 5 sciolgono il bulbo in vetro di elettrodi per usi generali. Per soluzioni contenenti acido fluoridrico fino a 2 g/l Hanna ha progettato il sensore HI1143 con vetro HF che resiste fino a 60°C.   

Temperatura di utilizzo Durata media
25°C Da 1 a 2 anni
50°C Da 6 a 12 mesi
75°C Da 3 a 6 mesi
100°C Meno di un mese 

f. Come determinare se un elettrodo è in buone condizioni

Valori di Offset e Slope di un elettrodo pH

Per descrivere la qualità di un elettrodo i parametri di Offset e Slope (pendenza) sono i più importanti. Con la tecnologia CAL Check™ di Hanna lo strumento valuta automaticamente entrambi i parametri. L'Offset è determinato verificando la lettura in mV di una soluzione tampone di pH 7.01. L’intervallo accettabile per l'Offset deve essere di ± 25 mV. Per misurare la Slope sono necessari due punti di calibrazione, quindi in aggiunta alla soluzione a pH 7.01 servirà ad esempio una soluzione tampone a pH 4. Il risultato deve essere in un intervallo da 85% a 186%, dove il 100% rappresenta il rapporto 59.16mV/pH a 25 °C.

Calcolare Offset e Slope % (per strumenti con modalità mV)

  • Step 1: Selezionare la modalità mV 
  • Step 2: Misurare il valore mV della soluzione standard a pH 7.01 e annotarlo
  • Step 3: Misurare il valore mV della soluzione standard a pH 4.01 e annotarlo
  • Step 4: Calcolare la differenza di mV (valore di pH 4.01 – valore di pH 7.01)
  • Step 5: Calcolare la  slope % ((differenza mV/3/59.16) x    100   )    = slope)

Il valore di slope deve essere compreso tra 85% e 186%.
Il valore di Offset misurato in mV a pH 7 deve risultare ±30 mV.

 

Esempi di calcolo - Elettrodo 1

pH 7.01 = -15 mV
pH 4.01 = +160 mV
La differenza di mV è =   +160 mV – (-15 mV) = +175 mV
% Slope = ((175/3)/59.16 )   x    100 = 98%

L'elettrodo 1 sta misurando correttamente

Esempi di calcolo - Elettrodo 1

pH 7.01 = +15 mV
pH 4.01 = +160 mV
La differenza di mV assoluti è +160 mV – (+15 mV) = +145 mV
Slope % =  ((145/3)/59.16)   x    100  = 82%

L'elettrodo 2 ha una slope non accettabile

 

g. Conducibilità dell’acqua e misura di pH

Il pH è la misura dell’attività degli ioni idrogeno. L’acqua ultrapura è il solvente perfetto e dissolve facilmente diversi composti. La superficie del bulbo in vetro sensibile di un elettrodo di pH può disidratarsi e consumarsi in breve tempo se conservato in acqua deionizzata (distillata) o di rubinetto. Sarà come non mettere mai a riposo il sensore. Al contrario, gli elettrodi pH per misurare correttamente hanno bisogno di essere sempre conservati in una soluzione salina satura (HI70300). Inoltre la misura del pH è possibile in soluzioni a base acquosa, preferibilmente con una conducibilità di 200 µS/cm. Per campioni a bassa conducibilità (inferiore a 200 µS/cm) Hanna ha progettato elettrodi come HI1053 in vetro LT (basse temperature) con tre setti porosi ceramici che permette una velocità di flusso tre volte maggiore rispetto un elettrodo per usi generali dotato di un singolo setto poroso.

h. Errore alcalino nella lettura del pH

Errore alcalino del pH

Si tratta di un fattore che contribuisce ad un errore nella lettura del pH. Si verifica in soluzioni a pH elevato dove sono presenti ioni sodio, potassio e litio che si sostituiscono (anche solo parzialmente) ad alcune componenti che costituiscono il bulbo in vetro sensibile. Il pH apparirà più acido di quello reale. La differenza tra pH teorico e misurato è chiamato errore alcalino. L’errore alcalino dipende quindi dalla tipologia di vetro, per questo Hanna utilizza miscele di vetro diverse, ad esempio quello HT (alta temperatura) che riduce l’errore alcalino e diventa l’ideale per misure in soluzioni a pH maggiore di 10.

 
 
 
 

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