การวัดค่า pH มีความสำคัญในทุกสิ่งตั้งแต่การวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการเกษตรไปจนถึงสระว่ายน้ำและผลิตภัณฑ์ดูแลผิว ในขณะที่วิธีการดั้งเดิม เช่น กระดาษลิตมัสช่วยให้คุณทราบความเป็นกรดหรือด่างโดยทั่วไป เครื่องมือวัด pH Meter ให้ความแม่นยำ แต่เครื่องวัดค่า pH คืออะไรกันแน่ ทำงานอย่างไร และคุณควรใช้เมื่อใด
ในบทความนี้เราอธิบายทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับเครื่องมือสำหรับทดสอบวัดค่า pH meter รวมถึงหลักการทำงานมีประเภทใดบ้าง คำแนะนำในการใช้งาน และเหตุใด จึงเป็นเครื่องมือสำคัญในอุตสาหกรรมต่างๆ
เครื่องวัดค่า pH meter คืออะไร?
เครื่องวัดค่า pH คืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้วัดความเป็นกรดหรือด่าง (pH) ของของเหลวหรือสารกึ่งแข็ง เครื่องวัดค่า pH จะให้ค่าการอ่านแบบดิจิทัลหรือแบบแอนะล็อกบนมาตราส่วนตั้งแต่ 0 ถึง 14 โดยที่:
- 0–6 = เป็นกรด
- 7 = เป็นกลาง
- 8–14 = เป็นด่าง (เบส)
pH meter ให้ข้อมูลตัวเลขที่แม่นยำและแตกต่างจากแถบวัดค่า pH หรือสารละลายอินดิเคเตอร์ ซึ่งวัดค่า pH ด้วยสายตา เครื่องวัดค่า pH เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้ในงานระดับมืออาชีพและในห้องปฏิบัติการ
ทำไมการวัดและควบคุมค่า pH จึงเป็นปัญหา? อิเล็กโทรดวัดค่า pH มีมานานพอที่จะเข้าใจได้ดีและนำไปใช้ได้ง่าย ปัญหาคือ เนื่องจากค่า pH เป็นฟังก์ชันลอการิทึม การเปลี่ยนแปลงหน่วย pH หนึ่งหน่วยจะหมายถึงการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของไอออนไฮโดรเจนสิบเท่า
ค่า pH ย่อมาจากอะไร?
คำว่า pH มาจาก “p” ซึ่งเป็นสัญลักษณ์ทางคณิตศาสตร์ของลอการิทึมลบ และ “H” ซึ่งเป็นสัญลักษณ์ทางเคมีของไฮโดรเจน
ค่า pH เป็นหน่วยวัดที่อธิบายระดับความเป็นกรดหรือด่างของสารละลาย โดยวัดโดยใช้มาตราส่วน 0 ถึง 14
pH = -log[H+]
หลักการทำงาน pH meter
หลักการทำงานของ pH meter คือการวัดค่าโพเทนชิโอเมตรี (Potentiometry) ซึ่งเป็นการวัดศักย์ไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า) ของสารละลาย สารละลายที่เป็นกรดสามารถนำไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพเนื่องจากมีไอออนบวกของไฮโดรเจน ความสามารถในการนำไฟฟ้าของสารละลายเรียกว่าศักย์ไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้าเป็นปัจจัยสำคัญในการทำความเข้าใจหลักการและการใช้งาน
เครื่องมือวัดค่า pH วัดศักย์ไฟฟ้าโดยใช้ขั้วไฟฟ้า 2 ขั้วที่เสียบเข้าไปในของเหลวเพื่อสร้างวงจรไฟฟ้า ขั้วไฟฟ้าหนึ่งเรียกว่าอิเล็กโทรดอ้างอิง ซึ่งจะมีสารที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าที่ทราบอยู่ อิเล็กโทรดอีกขั้วหนึ่งเรียกว่าอิเล็กโทรดเซ็นเซอร์ ซึ่งจะถูกเสียบเข้าไปในสารละลายที่กำลังทดสอบ ศักย์ไฟฟ้าคือความแตกต่างที่เกิดจากการเปรียบเทียบอิเล็กโทรดอ้างอิงกับอิเล็กโทรดเซ็นเซอร์
ส่วนประกอบของ pH Meter:
เครื่องวัดค่า pH อาจดูเรียบง่ายเมื่อมองจากภายนอก แต่ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักหลายส่วนที่ทำงานร่วมกันเพื่อวัดความเป็นกรดหรือด่างของสารละลายอย่างแม่นยำ ต่อไปนี้คือการแบ่งส่วนประกอบหลักของเครื่องวัดและหน้าที่ของแต่ละส่วน:
1. อิเล็กโทรด pH (เซ็นเซอร์หรือหัววัด)
นี่คือส่วนประกอบที่สำคัญที่สุด ซึ่งจะโต้ตอบโดยตรงกับสารละลายที่คุณกำลังทดสอบ อิเล็กโทรดแก้ว ประกอบด้วยเมมเบรนแก้วบางๆ ที่ไวต่อไอออนไฮโดรเจน (H⁺) วัดแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยากับ H⁺ ในตัวอย่าง
ในขณะที่ อิเล็กโทรดอ้างอิงให้แรงดันไฟฟ้าอ้างอิงที่คงที่และเสถียร โดยปกติจะมีลวดเงิน/เงินคลอไรด์ (Ag/AgCl) ในสารละลายโพแทสเซียมคลอไรด์ (KCl) ทั้งสองส่วนนี้มักจะรวมกันเป็นหัววัดเดียว
2. เซ็นเซอร์อุณหภูมิ
เครื่องวัดค่า pH บางรุ่นมีหัววัดอุณหภูมิในตัว ทำให้สามารถชดเชยอุณหภูมิอัตโนมัติ (ATC) ได้ ซึ่งจะช่วยปรับค่าการอ่านสำหรับความแตกต่างของอุณหภูมิ (เนื่องจากค่า pH อาจเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ)
3. หน่วยเครื่องวัด (จอแสดงผลและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์)
แปลงสัญญาณไฟฟ้า (มิลลิโวลต์) จากอิเล็กโทรดเป็นค่า pH ที่อ่านได้
ชนิดของ pH Meter
เครื่องวัดค่า pH มีหลายประเภท โดยแต่ละประเภทเหมาะกับการใช้งานและสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ต่อไปนี้คือประเภททั่วไปบางส่วน:
1. เครื่องวัดแบบตั้งโต๊ะ (Benchtop pH meter)
เป็นเครื่องวัดที่ที่มีความแม่นยำสูง ใช้ในห้องปฏิบัติการหรือสถานที่วิจัยเป็นหลัก จอแสดงผลขนาดใหญ่ที่มีความละเอียดสูง ความแม่นยำสูง (ถึง ±0.001 pH) รองรับอิเล็กโทรดหลายหัว การชดเชยอุณหภูมิในตัว หลายรุ่นมีฟังก์ชั่นการบันทึกข้อมูลและการส่งออกข้อมูลผ่าน USB เหมาะที่สุดสำหรับ ห้องปฏิบัติการเคมี อุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม สถาบันวิจัย
2. เครื่องวัด pH meter แบบพกพา
ออกแบบมาให้พกพาไปใช้งานนอกสถานที่โดยใช้แหล่งพลังงานจากแบตเตอรี่ ออกแบบมาสำหรับงานภาคสนาม กะทัดรัดและทนทาน หัววัดในตัวหรือถอดออกได้ ทนน้ำหรือกันน้ำได้ ความแม่นยำพอใช้ (±0.01 ถึง ±0.1) เหมาะสำหรับงานด้าน เกษตรกรรม การทดสอบสิ่งแวดล้อม (แม่น้ำ ทะเลสาบ) การทดสอบน้ำในสถานที่
3. เครื่องวัด pH แบบปากกา
เครื่องวัดขนาดเล็ก ราคาประหยัด ที่ใส่ในกระเป๋าได้ เหมาะสำหรับการทดสอบอย่างรวดเร็วทุกวัน ใช้งานง่ายมาก ราคาไม่แพงและพกพาสะดวก ความแม่นยำปานกลาง (±0.1 ถึง ±0.2) เหมาะสำหรับผู้เริ่มต้น เหมาะสำหรับใช้ในบ้าน การปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์ ตู้ปลา การทดสอบสระว่ายน้ำ
ตารางเปรียบเทียบการวัดค่ากรด-ด่างของสารด้วยวิธีการต่างๆ
| วิธีการวัด | ความแม่นยำ | ความง่ายการใช้งาน | ราคา | การประยุกต์ใช้งาน |
|---|---|---|---|---|
| เครื่องวัด pH Meter | สูงมาก | ปานกลาง | สูง | ในอุตสาหกรรม ห้องปฎิบัติการ |
| กระดาษลิตมัส | น้อย | ง่าย | ถูก | ใช้ในบ้าน เพื่อประมาณค่าอย่างรวดเร็ว |
| ชุดทดสอบ | ปานกลาง | ง่าย | ถูก | การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ สระว่ายน้ำ |
