หลักการเบื้องต้นจะใช้วิธีในการวัดค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าของไอออนในสารละลายระหว่าง Glass Electrode เปรียบเทียบกับ Reference Electrode ซึ่งเป็นเซลล์มาตรฐานที่ทราบค่าศักย์ไฟฟ้าแล้ว
รูปที่ 1 แสดงหลักการอย่างง่ายในการวัดค่า pH
Glass Electrode
Glass Electrode ประกอบด้วยส่วนรับรู้ค่า pH Glass Membrane ซึ่งปกติจะเป็นลักษณะรูปทรงกลม, Insulating Glass Stem เมื่อ Electrode จุ่มลงสารประกอบไอออนของ ไฮโดรเจนจะมาอยู่ตามบริเวณ Membrane Surface ซึ่งจะทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้า
ศักย์ไฟฟ้าที่ Electrode Glass ตรวจวัดได้สามารถที่จะคำนวณค่าได้จากสมการEg = Ego +[ ((2.303RT/F)log10)*a]
เมื่อ Eg = ผลรวมของค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ได้จากการวัด
Ego = ค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าเมื่อค่า a = 1
a = ผลรวม ไอออนของ ไฮโดรเจนT =ค่าอุณหภูมิสัมบูรณ์เป็นองศาเคลวิน
R =1.986 Calories ต่อ mol degree
F =Faraday (coulombs per mol)2.303 =logarithm conversion factor
ค่า pH จะได้มาจากค่าลบ logarithm ของผลรวมไอออนไฮโดรเจน
pH = -(log10)*a
จากสมการ จะพบว่าค่าไอออนที่ตรวจจับได้ที่ Membrane จะเป็นค่าที่กำหนดค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้น ซึ่งถ้าที่ Membrane สกปรกจะทำให้ค่า pH ที่วัดได้มีค่าผิดพลาดตามไปด้วย
รูปที่ 2 แสดงโครงสร้างของ Electrode
จากสมการ จะเห็นได้ว่า ศักย์ไฟฟ้าจะขึ้นกับอัตราส่วนความเข้มข้นของ H+ แล้วยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ (T) อีกด้วยดังนั้นการวัด pH ที่ถูกต้องจำเป็นต้องมีการปรับเทียบเครื่องวัดไปที่อุณหภูมิที่ถูกต้องหรือคือจำเป็นต้องตรวจวัดอุณหภูมิของสารละลาย เพื่อทำการปรับภายในวงจรอีกทีหนึ่ง เครื่องวัด pHที่สมบูรณ์นอกจากจะมีขั้วปรับเทียบแล้วยังมีตัวตรวจวัดอุณหภูมิของสารละลายละลายติดอยู่ด้วย
Reference Electrode
Reference Electrode จะมีค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าที่คงที่โดยไม่ขึ้นกับอุปกรณ์ตัวใด จากรูปโครงสร้างของ Reference type จะประกอบด้วย Mercury (ปรอท) ซึ่งจะสัมผัสอยู่กับ Mercurous chloride ( Hg2Cl2) และ Potassium chloride ( KCL)
เมื่อคิดค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ Reference Electrode รวมกับค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าสามารถหาค่าได้ตามสมการ
E = (Eref + Ej)*[Ego+(2.303RT/F)*pH]
เมื่อ Eref =ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ Reference Electrode
Ej =ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ Liquid Junction
Thermo Compensating Resistor
จะทำหน้าที่ชดเชยอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป เพื่อให้ผลการวัดได้ถูกต้องโดยไม่ขึ้นกับอุณหภูมิวงจรที่ใช้งานร่วมกับ Thermo Compensating Resistor จะออกแบบให้หักล้างกับค่าแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสารละลายที่ทำการวัดโดยสมการวงจรชดเชยจะได้ดังนี้
Ecompensate = (2.303R*(Tcompensate))/F
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น