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pH-mètre

Introduction à la mesure du pH

Publié le 28 août 2018

Un pH-mètre est un instrument utilisé pour mesurer l'acidité ou l'alcalinité d'une solution, également appelée pH. Le pH est l'unité de mesure qui décrit le degré d'acidité ou d'alcalinité. Elle est mesurée sur une échelle de 0 à 14.

Les informations quantitatives fournies par la valeur du pH expriment le degré d'activité d'un acide ou d'une base en termes d'activité des ions hydrogène. La valeur du pH d'une substance est directement liée au rapport des concentrations en ions hydrogène [H+] et en ions hydroxyles [OH-]. Si la concentration en H+ est supérieure à la concentration en OH-, la substance est acide, c'est-à-dire que la valeur du pH est inférieure à 7. Si la concentration en OH- est supérieure à la concentration en H+, la substance est basique, avec une valeur de pH supérieure à 7. Si les quantités d'ions H+ et OH- sont identiques, la substance est neutre, avec un pH de 7. Les acides et les bases présentent respectivement des ions hydrogène et des ions hydroxyles libres. Le rapport entre les ions hydrogène et les ions hydroxyles dans une solution donnée est constant pour un ensemble de conditions donné, l'un peut donc être déterminé en connaissant l'autre.

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Mesure du pH

Il est possible d'obtenir une mesure approximative du pH à l'aide de papiers pH ou d'indicateurs de pH, qui changent de couleur en fonction du niveau de pH. Ces indicateurs ont des limites en termes de précision et peuvent être difficiles à interpréter correctement avec des échantillons colorés ou sombres.

QUE SIGNIFIE LE TERME « PH » ?

Le terme pH est dérivé de « p », le symbole mathématique du logarithme négatif et de « H », le symbole chimique de l'hydrogène.

Un pH-mètre permet d'obtenir des mesures de pH plus précises. Un système de mesure du pH est composé de trois parties : une électrode de mesure du pH, une électrode de référence et un appareil de mesure à impédance d'entrée élevée. L'électrode de pH peut être considérée comme une batterie, avec une tension qui varie en fonction du pH de la solution mesurée. L'électrode de mesure du pH est une ampoule en verre sensible aux ions hydrogène, avec une sortie en millivolts qui varie en fonction des variations de la concentration relative des ions hydrogène à l'intérieur et à l'extérieur de l'ampoule. La sortie de l'électrode de référence ne varie pas en fonction de l'activité de l'ion hydrogène. L'électrode de pH présente une résistance interne très élevée. C'est pourquoi il est difficile de mesurer les variations de tension en fonction du pH. L'impédance d'entrée du pH-mètre et les résistances de fuite sont donc des facteurs importants. Le pH-mètre est en fait un amplificateur à impédance élevée qui mesure avec précision les tensions infimes de l'électrode et affiche les résultats directement en unités pH sur un écran analogique ou numérique. Dans certains cas, les tensions peuvent également être mesurées pour des applications spécifiques ou pour une utilisation avec des électrodes sélectives d'ions ou de potentiel redox (ORP).

Électrodes de pH

La technologie des électrodes de pH n'a pas beaucoup évolué au cours des 50 à 60 dernières années. Avec toutes les avancées technologiques des 30 à 40 dernières années, la fabrication d'électrodes de pH reste un art. Le corps de l'électrode, spécifiquement fabriqué en verre, est soufflé lors de sa configuration par des souffleurs de verre. Il ne s'agit pas d'un processus fortement avancé ni « high tech », mais d'une étape cruciale et importante pour la fabrication des électrodes. En fait, l'épaisseur du verre détermine sa résistance et affecte sa sortie.

erreur liée à l'électrode en verre dans les unités pH



Compensation de température

La compensation de température est incluse dans l'instrument, car les mesures et les électrodes de pH sont sensibles à la température. La compensation de température peut être manuelle ou automatique. Avec la compensation manuelle, il est nécessaire de mesurer séparément la température. Par ailleurs, le contrôle manuel de la compensation du pH-mètre peut être réglé avec une valeur de température approximative. Avec la compensation automatique de la température, le signal d'une sonde de température séparée est transmis au pH-mètre, afin qu'il puisse déterminer avec précision la valeur de pH de l'échantillon à cette température.

Solutions tampons

Les tampons sont des solutions dont les valeurs de pH sont constantes et qui sont capables de résister aux variations de ce niveau de pH. Ils sont utilisés pour étalonner le système de mesure du pH (électrode et appareil de mesure). Il peut y avoir de légères différences de sortie entre deux électrodes, ainsi que des variations dans la sortie des électrodes au fil du temps. C’est pourquoi le système doit être régulièrement étalonné. Les tampons sont disponibles avec une large gamme de valeurs de pH et sont disponibles sous forme liquide préalablement mélangée ou sous la forme pratique de capsules de poudre sèche. La plupart des pH-mètres doivent être étalonnés à plusieurs valeurs de pH spécifiques. Un étalonnage est généralement effectué à proximité du point isopotentiel (le signal produit par une électrode à un pH de 7 est de 0 mV à 25 °C) et un deuxième étalonnage est généralement effectué à un pH de 4 ou de 10. Il est préférable de sélectionner un tampon le plus proche possible de la valeur réelle de pH de l'échantillon à mesurer.



Choisissez les pH-mètres adaptés

pH-mètres sans fil

Transmetteurs de pH sans fil



Ces transmetteurs sans fil mesurent les entrées de différents capteurs, notamment, mais sans s'y limiter, les capteurs de pH, RTD et d'humidité relative. Les données sont transmises par une transmission sans fil vers un ordinateur ou un réseau.

pH-mètres mobiles

pH-mètres mobiles

Ces pH-mètres offrent une fonctionnalité complète avec des dimensions mobiles pour une utilisation en laboratoire ou sur le terrain. Les fonctions disponibles incluent la sortie RS232, la mémorisation des données, la sélection entre °C ou °F, l'arrêt automatique, l'indication de surcharge et la compensation automatique ou manuelle de la température, et bien plus encore.

pH-mètres de table

pH-mètres de table

Les pH-mètres de table sont généralement parfaits pour les applications de laboratoire, industrielles et de fabrication. Les appareils proposent des mesures mV, d'ions et de température, avec des modèles économiques à haut de gamme pour les mesures nécessitant une faible tolérance.

Électrode de pH

Électrode de pH

Les électrodes de pH sont disponibles dans des styles variés, pour des applications de laboratoire et industrielles. Quel que soit leur état, elles sont toutes composées de verre et sont donc susceptibles de se casser. Les électrodes sont conçues pour mesurer la plupart des milieux aqueux. Elles ne sont pas conçues pour être utilisées dans des solvants, tels que le CCI4, qui ne comporte pas d'ions hydrogène libres.

Foire aux questions

Effets de la température sur le pH

Températures supérieures à 25 °C : la compensation de température réduit le pH élevé et augmente le pH faible, ce qui se traduit par une valeur plus proche du niveau neutre. Températures inférieures à 25 °C : la compensation de température augmente le pH élevé (plus basique) et réduit le pH faible (plus acide), ce qui se traduit par des valeurs plus éloignées du niveau neutre. L'utilisation ou non d'une compensation de température dépend de la précision nécessaire pour le pH. Par exemple, si l'exigence de précision du pH est de ±0,1, pour un pH de 6 et une température de 45 °C, l'erreur est de 0,06, et respecte bien les exigences de précision. D'autre part, avec la même précision de pH de ±0,1, un fonctionnement à un pH de 10 et à 55 °C entraînerait une erreur de pH de 0,27 et la compensation devrait être utilisée.

Lorsqu'une compensation est nécessaire, elle peut être effectuée de deux façons. Si la température varie, un compensateur automatique doit alors être utilisé. Si la température est constante avec plusieurs degrés Celsius, il est possible d'utiliser un compensateur manuel. Si aucun compensateur n'est nécessaire, une résistance fixe peut être installée sur les bornes du compensateur de température. Tous les dispositifs indiqués ci-dessus - compensateur automatique, compensateur manuel ou résistance fixe - fonctionnent en fonction du circuit électronique du pH-mètre. Par conséquent, les informations et les pièces doivent être obtenues auprès du fabricant de l'appareil de mesure. En cas d'utilisation de compensateurs automatiques, ils doivent toujours se trouver au même endroit que l'électrode de pH. Lorsque les électrodes sont étalonnées dans le tampon, le compensateur de température doit également se trouver dans le tampon. De la même manière, un compensateur de température manuel doit être réglé pour refléter la température à laquelle l'électrode de pH est exposée pendant l'étalonnage et le fonctionnement.

COMMENT ÉTALONNER UN PH-MÈTRE ?

Voici une méthode générale pour la plupart des pH-mètres. Certains pH-mètres nécessitent des techniques légèrement différentes. Veuillez lire les instructions relatives à leurs procédures spécifiques.

  1. Le réglage de la température sur l'appareil de mesure doit correspondre à la température des tampons utilisés. Sinon, vous devrez utiliser un compensateur de température automatique.
  2. Réglez le pH-mètre sur « pH » ou « ATC » si vous utilisez la compensation automatique de la température.
  3. Placez l'électrode propre dans une solution tampon fraîche et à température ambiante, avec un pH de 7,00.
  4. Réglez le pH précisément sur 7,00 à l'aide du bouton ZERO OFFSET, STANDARDIZED ou SET.
  5. Rincez l'électrode avec de l'eau distillée ou désionisée. (Il s'agit de la procédure d'étalonnage en un point. Passez à l'étape 8 pour un étalonnage en deux points.)
  6. Placez l'électrode dans le deuxième tampon, à un pH de 4,00 ou 10,00.
  7. Réglez le lecteur de pH pour qu'il affiche la valeur correcte à l'aide des commandes SLOPE, CALIBRATE ou GAIN (réglage approximatif).
  8. Réglez le lecteur de pH pour qu'il mesurer la valeur correcte à l'aide de la commande SLOPE (réglage précis).
Difficultés des applications de mesure du pH

Aucune complication liée au pH ne se produit de la même manière. La liste ci-dessous illustre les types de problèmes que vous pouvez rencontrer lors de la mesure du pH et la manière de les résoudre.

  1. L'instrumentation est souvent à l'origine de perturbations pour les systèmes de pH, qui se manifestent par une erreur de répétabilité, du bruit dans les mesures ou une hystérésis de vanne.
  2. Les boucles de pH en ligne oscillent, quels que soient les réglages et les modes du contrôleur, si les points de consigne se trouvent sur les parties inclinées des courbes de titrage.
  3. Les extrémités non protégées des ensembles d'immersion de l'électrode de pH se trouvant sous la surface du liquide finissent par être mouillées.
  4. Les vannes de commande des réactifs qui ne sont pas reliées directement au point d'injection sur les systèmes en ligne entraînent des retards d'administration des réactifs importants.
  5. Vous avez besoin d'un débitmètre pour diagnostiquer les problèmes d'administration de réactifs.
  6. Les signaux prédictifs du débit doivent être multipliés par les résultats du contrôleur de pH et utilisés pour actionner directement les vannes de réactifs ou pour établir des points de consigne de contrôle du débit des réactifs.
  7. Les délais de transport vers les électrodes de pH dans les logements de l'analyseur dépassent les délais de mélange. Par conséquent, l'amélioration du confort lors de la vérification des électrodes est contrebalancée par une réduction du confort lors de la vérification des enregistrements de tendances.
  8. Dans la mesure du possible, les électrodes d'injection sont à préférer aux porte-échantillons afin de réduire les problèmes de maintenance et d'améliorer les temps de réponse, mais toutes les électrodes d'injection ne sont pas conçues de la même façon.
  9. Les grands réservoirs sont adaptés si vous n'avez pas besoin de les contrôler. Utilisez le volume en amont pour réduire la consommation de réactifs ou en aval pour réduire les erreurs de contrôle. Si vous hésitez, privilégiez l'aval.
  10. Installez une ou trois électrodes, mais jamais deux pour la mesure du pH.