Définition du pH

Le pH est la représentation numérique de l'équivalent-gramme par litre de concentration en ions hydrogène dans n'importe quelle solution. Il varie entre 0 et 14. C'est la mesure logarithmique des moles d'ions hydrogène par litre de solution. Les solutions dont le pH est compris entre 0 et 7 sont des solutions acides à forte concentration en ions hydrogène tandis que les solutions dont le pH est compris entre 8 et 14 sont des solutions basiques à faible concentration d'hydrogène. Les solutions ayant un pH de 7 sont des solutions neutres. La mesure du pH donne la mesure de l'alcalinité ou de l'acidité d'une solution.

Pourquoi la mesure du pH est-elle essentielle?

Pour surveiller le niveau de pH du sang, qui doit être compris entre 7,35 et 7,45
Surveiller le niveau de pH du sol pour une croissance optimale des cultures en fonction des besoins.
Surveiller le pH de la pluie pour pouvoir détecter les polluants dans l'air, si l'eau de pluie devient plus acide.
Pour surveiller le pH de nombreux autres produits utilisés quotidiennement comme le lait, le shampoing, etc.

Trois façons de mesurer le pH d'une solution

Utilisation d'une bande indicatrice qui, lorsqu'elle est placée dans une solution, change sa couleur en conséquence. La bande est ensuite retirée et sa couleur est assortie à une couleur sur le nuancier pour décider de la valeur de pH correspondante.
Utilisation d'un fluide indicateur de pH où la solution inconnue est ajoutée au fluide et la couleur modifiée du fluide est associée à une couleur déjà disponible sur la roue chromatique pour décider de la valeur du pH.
Utilisation d'un capteur de pH où une sonde peut être simplement insérée à l'intérieur de la solution et une lecture du pH peut être effectuée.

5 Avantages de l'utilisation d'un pH-mètre par rapport à d'autres méthodes

Ils donnent des mesures plus précises.
Ils peuvent être facilement utilisés.
La lecture du pH est plus facile comparativement.
Ils donnent des mesures plus précises car ils peuvent mesurer jusqu'à 1/100^ed'unité de pH.
Ils sont réutilisables.

Principe du pH-mètre ou du capteur de pH

Le pH-mètre fonctionne essentiellement sur le fait qu'une interface de deux liquides produit un potentiel électrique qui peut être mesuré. En d'autres termes, lorsqu'un liquide à l'intérieur d'une enceinte en verre est placé à l'intérieur d'une autre solution que ce liquide, il existe un potentiel électrochimique entre les deux liquides.

Composants du capteur de pH

Il s'agit essentiellement d'une électrode composée de 4 composants:

Une électrode de mesure : Il s'agit d'un tube en verre et constitué d'une fine ampoule de verre soudée à celui-ci, remplie d'une solution de chlorure de potassium de pH connu de 7. Il contient également un bloc de chlorure d'argent attaché à un élément d'argent. Il génère la tension utilisée pour mesurer le pH de la solution inconnue.

Une électrode de mesure

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Une électrode de référence : Il s'agit d'un tube en verre constitué d'une solution de chlorure de potassium en contact intime avec un bloc de chlorure de mercure à l'extrémité du chlorure de potassium. Il est utilisé pour fournir une connexion stable à tension nulle pour compléter l'ensemble du circuit.

Une électrode de référence

Préamplificateur : Il s'agit d'un dispositif de conditionnement de signal et convertit le signal d'électrode pH haute impédance en un signal basse impédance. Il renforce et stabilise le signal, le rendant moins sensible au bruit électrique.

Préamplificateur

Émetteur ou analyseur : Il est utilisé pour afficher le signal électrique du capteur et consiste en un capteur de température pour compenser le changement de température.

Émetteur ou analyseur

Fonctionnement du capteur de pH:

Fonctionnement du capteur de pH

L'électrode est placée à l'intérieur du bécher rempli d'une solution dont le pH doit être mesuré. L'ampoule de verre soudée à l'extrémité de l'électrode de mesure est constituée d'ions lithium dopés dessus, ce qui la fait agir comme une barrière sélective d'ions et permet aux ions hydrogène de la solution inconnue de migrer à travers la barrière et d'interagir avec le verre, développant un potentiel électrochimique lié à la concentration en ions hydrogène. Le potentiel d'électrode de mesure change donc avec la concentration en ions hydrogène. D'autre part, le potentiel de l'électrode de référence ne change pas avec la concentration en ions hydrogène et fournit un potentiel stable par rapport auquel l'électrode de mesure est comparée. Il consiste en une solution neutre qui est autorisée à échanger des ions avec la solution inconnue à travers un séparateur poreux, formant ainsi une connexion à faible résistance pour compléter l'ensemble du circuit. La différence de potentiel entre les deux électrodes donne une mesure directe de la concentration en ions hydrogène ou du pH du système et est d'abord préamplifiée pour le renforcer puis transmise au voltmètre.

U = E_pH- EST_réf

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EST_pH- Potentiel de tension de l'électrode de mesure

EST_réf- Potentiel de tension d'une électrode de référence

Le pH est calculé sur la base de l'équation de Nernst qui indique que le changement du potentiel total pour chaque changement de pH est

U = -kTpH

k- Constante de Boltzmann, température T.

Précautions lors de la mesure du pH:

Le potentiel d'électrode de l'électrode de mesure a tendance à varier avec la température, ce qui peut affecter la mesure du pH. Pour cette raison, une technique de compensation de température doit être fournie. Il est réalisé soit manuellement en effectuant une mesure de température séparée et en saisissant la valeur dans le pH-mètre, soit en utilisant une compensation automatique de température, qui consiste en un capteur de température alimenté au pH-mètre.
Le verre étant en fait un mauvais conducteur d'électricité, l'électrode de mesure fournit en fait une résistance élevée par rapport à celle de l'électrode de référence, provoquant une forte chute de tension qui affecte la mesure de sortie. Une solution à ce problème consiste à utiliser un multimètre amplifié à haute résistance ou à utiliser une configuration de mesure de tension d'équilibre nul.
L'acide fluorhydrique ne doit être utilisé dans aucune solution car il dissout le verre

Capteurs de pH modernes disponibles sur le marché:

PHE-45P : Il peut mesurer le pH dans toute la plage avec une sensibilité de 0,02 pH et fonctionne dans une plage de température de -5 à + 95 ° C. Il se compose d'un compensateur de température Pt1000 RTD.

PHE-45P

Capteur de pH WQ201 : Il est mesuré par Global Water Instrumentation Inc et est monté sur 25 pieds de câbles de qualité marine d'une longueur allant jusqu'à 500 pieds, avec une sortie de 4-20 mA.

Capteur de pH WQ201

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Applications impliquant un capteur de pH

Contrôle du pH

La mesure du pH joue un rôle important dans de nombreuses applications industrielles telles que le contrôle des produits chimiques dans les épurateurs industriels, la mesure du dioxyde de soufre dans les raffineries de sucre et l'optimisation de la coagulation dans la clarification de l'eau. Il fournit un point de contrôle pour neutraliser les acides et les bases.

Le système de contrôle du pH est utilisé pour mesurer le pH de la solution et contrôle également l'ajout d'un agent neutralisant pour maintenir la solution à un pH neutre défini. Il se compose d'un analyseur de pH et de deux capteurs de pH ou plus.

Contrôle du pH

Maintenant que nous avons une connaissance de base du capteur de pH et de son application dans le contrôle du pH, informez-nous sur d'autres applications de ce capteur. Si vous avez en outre posé des questions sur ce sujet ou sur les projets électroniques laissez les commentaires ci-dessous.

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