การวัดค่า pH ของสารละลาย หรือน้ำ วัดได้ทั้งวิธี colorimetric และ electronic (ใช้เครื่องวัด pH) ในที่นี้ ขอกล่าวถึงการวัดค่า pH ด้วยวิธี electronic เนื่องจากเป็นวิธีที่นิยมกันในปัจจุบัน และเป็นวิธีที่มีความถูกต้องแม่นยำสูง

เครื่องวัด pH อาศัยหลักการวัดความต่างศักย์ไฟฟ้า (electrical potential) ที่เกิดขึ้นระหว่าง indicator electrode และ reference electrode ซึ่งจุ่มอยู่ในสารละลาย แล้วเปลี่ยนค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า ให้เป็นค่า pH โดยการเทียบค่ากับสารละลายบัฟเฟอร์มาตรฐาน แต่เนื่องจากความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนั้น เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ซึ่งเป็นผลให้ค่า pH เปลี่ยนแปลงตามไปด้วย เครื่องวัด pH จึงต้องมีการชดเชยค่าของการวัด อันเนื่องจากอุณหภูมิ โดยใช้หัววัดวัดอุณหภูมิของตัวอย่าง ขณะทำการวัด แล้วปรับเปลี่ยนเป็นค่า pH ณ ขณะนั้น

hi98160

ส่วนประกอบเครื่องวัด pH

1. ตัวเครื่อง เป็นส่วนที่ใช้ในการวัดสัญญาณไฟฟ้า และแปลงหน่วยของความต่างศักย์จากมิลลิโวลต์ (mV) เป็นหน่วย pH โดยอ้างอิงจากสมการทางไฟฟ้าเคมี แล้วแสดงผลที่ได้ทางจอภาพ หรือเครื่องพิมพ์

2. หัววัดค่า pH (electrode) หัววัดค่า pH เป็นหัวใจหลักของการวัด ปัจจุบันนิยมใช้ combination electrode คือ มีทั้ง glass electrode และ reference electrode รวมอยู่ในอันเดียวกัน บริเวณปลายกระเปาะเป็นส่วนของ glass electrode ที่มีผิวเยื่อแก้วลักษณะเป็นเจลหนาประมาณ 10 มิลลิเมตร เป็นบริเวณที่เกิดการแลกเปลี่ยนอิออน ระหว่างโซเดียมอิออนในเยื่อแก้วกับไฮโดรเจนอิออนในสารละลาย

ph4
 
การ calibrate เทียบค่ามาตรฐานค่า pH

การ calibrate เป็นการจัดความสัมพันธ์ของกระแสสัญญาณของหัววัด (mV) กับค่ามาตรฐาน เมื่อนำความสัมพันธ์ที่ได้มาพล็อต (plott) กราฟ จะได้เป็นกราฟเส้นตรง ซึ่งค่ามาตรฐานค่าแรกที่ต้องทำการ calibrate คือ pH 7.00 กับค่าที่ต้องการควบคุมคุณภาพ โดยมีอุณหภูมิเป็นตัวแปร

phbuf

สารละลายบัฟเฟอร์

สารละลายบัฟเฟอร์ใช้สำหรับการอ้างอิงในการวัดค่า pH เพื่อการวัดที่ถูกต้อง ควร calibrate ด้วยสารละลายบัฟเฟอร์ ที่มีค่า pH แตกต่างกัน 2 ค่า เช่น ใช้ pH 4 กับ 9 หรือ pH 4 กับ 7 เป็นต้น สารละลายบัฟเฟอร์สามารถเตรียมขึ้นมาเองได้ แต่โดยทั่วไป มักจัดหาจากผู้จำหน่ายสารเคมี

การดูแลรักษาสารละลายบัฟเฟอร์

1. ไม่ใช้สารละลายบัฟเฟอร์ที่เลยวันหมดอายุ ขึ้นรา และมีสิ่งปนเปื้อนที่อาจทำให้ pH ในสารละลายบัฟเฟอร์ เปลี่ยนได้
2. ปิดฝาภาชนะที่เก็บสารละลายบัฟเฟอร์เสมอ เพื่อป้องกันการปนเปื้อน และลดการดูดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
3. pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ จึงต้องวัดอุณหภูมิของสารละลายบัฟเฟอร์ และคูณค่า pH ที่อุณหภูมินั้นก่อนจะปรับเครื่อง
4. ต้องเลือกสารละลายบัฟเฟอร์ที่มี pH ใกล้เคียงกับ pH ของน้ำตัวอย่าง เพื่อให้ได้ผลถูกต้องแม่นยำ
5. ห้ามเทสารละลายบัฟเฟอร์ที่ใช้แล้วกลับคืนขวด

การใช้เครื่องวัด pH วัดตัวอย่าง

ก่อนใช้เครื่องวัดควรตรวจสอบสภาพความพร้อมของเครื่องมือก่อน หลังจากนั้นจึงใช้งานตามแนวทางปฏิบัติทั่วๆ ไป ดังนี้ (รายละเอียดการใช้เครื่องควรดูในคู่มือการใช้งานของแต่ละยี่ห้อ)

1. การวัดตัวอย่างในห้องปฏิบัติการ
  1. เปิดเครื่องวัด pH เพื่ออุ่นเครื่องก่อนวัดประมาณ 5-10 นาที
  2. calibrate ด้วยสารละลายบัฟเฟอร์ ที่มีค่า pH อยู่ในช่วงที่คาดว่าใกล้เคียงกับตัวอย่างที่จะวัด แต่เครื่องวัด pH บางยี่ห้อ เช่น WTW จะกำหนดสารละลายบัฟเฟอร์ไว้ตายตัว คือ pH 7.0 และ 4.0 ตามลำดับ ในขณะที่เครื่องวัด pH บางยี่ห้อ เช่น DENVER นั้น สามารถเลือกสารละลายบัฟเฟอร์ ที่ต้องการ calibrate ได้ตามต้องการ การ calibrate ทำได้โดยเทสารละลายบัฟเฟอร์ลงในบีกเกอร์ แล้วจุ่มหัววัดลงไป แล้วทำตามขั้นตอนที่ได้แนะนำไว้สำหรับเครื่องวัด pH แต่ละยี่ห้อ/รุ่น ขณะ calibrate ควรแกว่งหัววัดเบาๆ
  3. ล้างหัววัดด้วยน้ำกลั่น และซับให้แห้งก่อนวัด pH ทุกๆ ครั้ง หรือทุกๆ ตัวอย่างของน้ำที่วัด
  4. เทน้ำตัวอย่างที่ต้องการวัดลงในบีกเกอร์ แล้วทำการวัด pH โดยแกว่งหัววัดเบาๆ เมื่อค่า pH หยุดนิ่งประมาณ 10 วินาที จดบันทึกค่าที่วัดได้ (การจดบันทึกค่าที่วัดได้ควรปฏิบัติตามคู่มือการใช้เครื่อง)
  5. ทำความสะอาดหัววัด แล้วเก็บเข้าที่ให้เรียบร้อย
2. การวัดค่า pH ภาคสนาม
  1. ควรเตรียมเครื่องวัดให้พร้อมด้วยการ calibrate เครื่องวัดจากห้องปฏิบัติการ ให้เรียบร้อยก่อนนำออกภาคสนาม
  2. การวัดภาคสนาม อาจจุ่มหัววัดลงในขวด หรือวัดในแหล่งน้ำโดยตรงก็ได้ แต่หากมวลน้ำในแหล่งน้ำที่ต้องการวัดมีการเคลื่อนไหว การวัดจากแหล่งน้ำโดยตรง ค่าที่วัดได้จะไม่นิ่ง วิธีการแก้คือ ตักน้ำใส่ขวดใส่ตัวอย่าง การจดบันทึกค่าจะต้องปฏิบัติตามคู่มืออย่างเคร่งครัด การวัดในแหล่งน้ำโดยตรง ควรวัดก่อนเก็บตัวอย่างน้ำเพื่อวิเคราะห์พารามิเตอร์อื่นๆ เช่นเดียวกับการวัดออกซิเจน ละลาย อุณหภูมิของน้ำ และค่าความนำไฟฟ้า
  3. ในการวัดค่า pH ของน้ำที่มีความเค็มต่างกันมาก ควรจุ่มหัววัดให้อยู่ในน้ำ นาน 5-10 นาที ก่อนทำการอ่านค่า
  4. ล้างทำความสะอาดหัววัด แล้วเก็บเข้าที่
การบำรุงรักษาเครื่องวัด pH

เครื่องวัด pH เป็นเครื่องมือ electronic จึงอาจจะชำรุดเสียหายได้โดยง่าย หัววัดของ เครื่องวัด pH อาจขาดความแม่นยำในการวัดได้ง่าย ถ้าบำรุงรักษาไม่ถูกต้อง และไม่ดีพอ ดังนั้นจึงมี

ข้อควร ระวังในการบำรุงรักษา
  1. เมื่อใช้เครื่องวัด pH เสร็จแล้ว ควรล้างหัววัดด้วยน้ำกลั่น หรือสารละลายอื่นๆ ที่ล้างคราบสกปรกที่จับที่ผิวนอกเมมเบรน (acetone, alcohol, HCl 1 M) ทุกครั้งก่อนเก็บ เพื่อป้องกันคราบสกปรก ที่จับตัวแน่นจนทำความสะอาดยาก จากนั้นเช็ดให้แห้ง แล้วปิด (สวม) ปลายหัววัดด้วย rubber cap ที่บรรจุด้วยสารละลาย KCl 3 mol/L ***หรือน้ำยารักษา หัววัดที่มีขายทั่วไป
  2. อาจจะมีตะกอนเกาะตามช่องหัววัด ทำให้เกิดการคลาดเคลื่อนในการวัดได้ วิธีการแก้ไขง่ายๆ เบื้องต้นคือ แช่หัววัดในน้ำอุ่น หรือกรดเกลือ เพื่อให้ตะกอนละลาย และหลุดออก
  3. หัววัดทุกรุ่นมีอายุจะเสื่อมสภาพตลอดเวลา ถึงแม้จะไม่ถูกนำมาใช้ จึงไม่ควรเก็บ Stock ไว้นานเกินไป
  4. ห้ามเก็บหัววัดในน้ำกลั่น หรือในสารละลายบัฟเฟอร์ หรือกรดใดๆ ทั้งสิ้น เนื่องจากจะทำให้หัววัดเสื่อมสภาพเร็วขึ้น
  5. ก่อนใช้งาน ควรล้างหัววัดให้สะอาด เนื่องจากการแช่ในน้ำยาเก็บหัววัด (สารละลาย KCl 3 mol/L) จะสร้างฟิล์มบางๆ ที่เมมเบรน ซึ่งจะทำให้การวัดค่า pH ไม่ถูกต้อง และไม่ควรทำการ Calibrate ทันทีหลังจากการเริ่มนำมาใช้ แต่ควรแช่ในสารละลายบัฟเฟอร์จุดแรกก่อนเพื่อให้เกิดการสมดุลย์
  6. หัววัดที่มีรู diaphram (รูเล็กๆ ที่เป็นทางไหลออกของ electrolyte, gel ในหัววัด) ถ้าเกิดการอุดตัน จำเป็นต้องล้างด้วยน้ำยา diaphram cleaning solution โดยแช่ทิ้งไว้ได้นาน 1-24 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับความสกปรก
  7. หัววัดชนิด Refill ที่มีรูไหลเป็นรูเปิดแล้วปิดด้วย Teflon Cap ก่อนใช้ หรือทุกครั้งที่เลื่อน Cap ลงมาทำความสะอาด เมื่อจะนำไปใช้ต้องเลื่อน Teflon Cap มาปิดให้แน่นแล้ว Fix โดยแช่น้ำอุ่น 60-70 องศาเซลเซียส 5 นาที แล้วแช่ในน้ำ 20-30 องศาเซลเซียสทันที เพื่อทำให้ Teflon Cap ติดแน่นขึ้น (หากไม่ทำเช่นนี้จะทำให้เปลือง electrolyte มากขึ้น)
  8. หัววัดชนิดที่ต้องเติม electrolyte จะต้องเปิดจุกยาง หรือเจาะรูปให้อากาศไหลเข้า ในขณะที่ทำการวัดเพื่อป้องกันไม่ให้ภายในหลอดเป็นสุญญากาศ
  9. การ calibrate ด้วยสารละลายบัฟเฟอร์ที่มีคุณภาพดีทุก 2-4 สัปดาห์ ดีกว่าการใช้สารละลายบัฟเฟอร์เก่า calibrate ทุกวัน
  10. หัวใจของ pH สุดท้ายอยู่ที่สารละลายบัฟเฟอร์ หากเปิดขวดบ่อยๆ จะทำให้ค่า buffer capacity ลดลง ดังนั้นควรใช้งานให้หมดภายใน 1 เดือน

 

เรียบเรียงจากบางส่วนของ วิธีวิเคราะห์น้ำเพื่อการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ NICA Online
หวังว่าจะเป้นประโยชน์สำหรับ ท่านที่เข้ามาอ่านนะครับ

อ่านบทก่อนหน้า  การวัด pH