Đo pH là một trong những phép đo phân tích phổ biến và quan trọng nhất trong các ngành công nghiệp. Về cơ bản, pH là thước đo nồng độ ion hydro (H+) trong một dung dịch, qua đó xác định dung dịch đó có tính axit hay kiềm. Thang đo pH thông thường trải dài từ 0 đến 14:

• pH < 7: Dung dịch có tính axit.
• pH = 7: Dung dịch trung tính (như nước tinh khiết ở 25°C).
• pH > 7: Dung dịch có tính kiềm (bazơ).

Nguyên Lý Hoạt Động

Một hệ thống đo pH hoạt động dựa trên một cảm biến điện hóa (electrochemical sensor). Cảm biến này thường bao gồm ba bộ phận chính được kết nối với một bộ khuếch đại (amplifier):

1. Điện cực thủy tinh (Glass Electrode): Đây là trái tim của cảm biến. Nó có một màng thủy tinh đặc biệt ở đầu, rất nhạy với nồng độ ion hydro. Khi được nhúng vào dung dịch, một điện thế sẽ được tạo ra trên bề mặt màng thủy tinh, và điện thế này tỷ lệ thuận với giá trị pH của dung dịch. Bên trong điện cực này chứa một dung dịch đệm có độ pH đã biết và không đổi.
2. Điện cực tham chiếu (Reference Electrode): Điện cực này có nhiệm vụ tạo ra một điện thế ổn định và không đổi, bất kể nó được nhúng vào dung dịch nào. Điện thế không đổi này được dùng làm "mốc" để so sánh với điện thế thay đổi của điện cực thủy tinh, từ đó xác định được giá trị pH.
3. Điện cực nhiệt độ (Temperature Electrode): Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến kết quả đo pH, cả trên điện thế của các điện cực và trên chính dung dịch. Do đó, cần phải có một cảm biến nhiệt độ để bù trừ cho những thay đổi này, giúp phép đo được chính xác.

Ngày nay, cả ba bộ phận này thường được tích hợp chung vào một đầu dò duy nhất, được gọi là điện cực kết hợp (combination electrode), giúp việc sử dụng trở nên nhỏ gọn và tiện lợi hơn.

Các Ứng Dụng Phổ Biến

Đo pH được áp dụng cho các môi trường chất lỏng và là một phép đo liên tục. Một số ứng dụng điển hình bao gồm:

• Xử lý nước và nước thải: Kiểm soát quá trình trung hòa axit/kiềm.
• Công nghiệp hóa chất: Theo dõi và điều khiển các phản ứng hóa học.
• Thực phẩm và đồ uống: Đảm bảo chất lượng và độ ổn định của sản phẩm như bia, sữa, nước giải khát.
• Dược phẩm: Kiểm soát chặt chẽ các quy trình sản xuất thuốc.
• Nông nghiệp: Kiểm tra độ pH của đất và nước tưới.

Các Lưu Ý Quan Trọng Khi Sử Dụng

Để hệ thống đo pH hoạt động chính xác và bền bỉ, bạn cần đặc biệt chú ý những điểm sau:

• Làm sạch điện cực: Đây là yếu tố quan trọng bậc nhất. Bề mặt điện cực thủy tinh nếu bị bám bẩn, dầu mỡ hoặc đóng cặn sẽ cho kết quả sai và phản hồi rất chậm. Ví dụ, một lớp cặn chỉ dày 1 mm có thể làm tăng thời gian phản hồi của cảm biến từ 8 giây lên đến 8 phút. Việc làm sạch có thể thực hiện thủ công hoặc tự động (bằng tia nước, hóa chất, siêu âm).
• Giữ ẩm cho điện cực: Tuyệt đối không để điện cực bị khô. Khi không sử dụng, điện cực phải được bảo quản trong dung dịch chuyên dụng (thường là dung dịch đệm) để lớp gel trên màng thủy tinh không bị hỏng.
• Hiệu chuẩn (Calibration): Phải hiệu chuẩn điện cực một cách thường xuyên (ví dụ: hàng tuần) bằng các dung dịch đệm tiêu chuẩn (thường là pH 4, 7, và 10) để đảm bảo độ chính xác.
• Vị trí lắp đặt: Điện cực phải luôn được ngâm hoàn toàn trong dung dịch và đặt ở nơi có sự khuấy trộn tốt để phản ánh đúng giá trị pH của toàn bộ khối chất lỏng. Tránh lắp ở những góc chết hoặc nơi dòng chảy quá mạnh có thể làm hỏng điện cực.
• Tương thích hóa học: Phải lựa chọn vật liệu điện cực phù hợp với quy trình. Ví dụ, axit hydrofluoric (HF) sẽ ăn mòn điện cực thủy tinh thông thường, do đó phải dùng loại điện cực antimon chuyên dụng.
• Bù nhiệt độ: Luôn đảm bảo chức năng bù nhiệt độ hoạt động chính xác, vì nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến kết quả đo.
• Tránh sốc nhiệt và tĩnh điện: Thay đổi nhiệt độ hoặc áp suất đột ngột có thể làm hỏng điện cực. Tĩnh điện, đặc biệt khi dùng với bồn hoặc ống nhựa, cũng có thể gây nhiễu tín hiệu đo

pHlyser Physical Sensor | Badger Meter