มาทำความรู้จักกับ pH meter กันครับ

กก่อนเข้าเรื่อง แอดขอเกริ่นนำก่อนครับว่า pH คืออะไร คำว่า pH ย่อมาจากคำว่า positive potential of the hydrogen ions ซึ่งเป็นค่าที่บ่งบอกความเข้มข้นของ hydrogen ไออนซึ่งจะเป็นการวัดที่แสดงถึงความเป็นกรดหรือเบสของสารละลาย ตามทฤษฎีแล้ว pH จะมีค่าเท่ากับ ค่าลบของ logarithm ฐาน 10 ของความเข้มข้นของ hydrogen ไออนในหน่วย mole / liter ตามสมการด้านล่าง

pH = -log₁₀[H+]

เพราะฉะนั้น pH meter คือเครื่องมือวัดที่แสดงค่าของ hydrogen ไออนในสารละลายที่มีตัวทำละลายเป็นน้ำซึ่งจะแสดงค่าความเป็นกรดหรือเบส โดยมีค่าตั้งแต่ 0 จนถึง 14 ซึ่งค่า pH ยิ่งน้อยจะแสดงค่าความเป็นกรด ถ้า pH เท่ากับ 7 จะทีค่าความเป็นกลางและค่า pH 14 จะมีค่าคาวมเป็นเบส

หลักการทำงานของ pH meter

pH meter จะประกอบด้วยแท่ง probe ที่สามารถนำสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งภายใน probe จะมีตัวนำไฟฟ้า 2 ชุดคือ electrode ที่ใช้วัด (Sensor electrode) และ electrode อ้างอิง (Reference electrode) ซึ่ง electrode อ้างอิงจะมีสารละลายที่มีความเป็นกลางเติมอยู่ด้านใน (pH 7) เมื่อ probe ถูกจุ่มในสารละลายที่เราจะวัด hydrogen ไออนก็จะก่อตัวรอบๆกระเปราะและแทนที่ประจุโลหะของ electrode ณ ขณะเดียวกัน ประจุโลหะของ electrode จะถูกส่งออกสู่ สารละลายที่เราวัด เมื่อทำการวัดแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมระหว่าง electrode อ้างอิง (Reference electrode) และ electrode ที่ใช้วัด (Sensor electrode) จะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าขึ้น

pH meter มีส่วนประกอบอะไรบ้าง

Meter ที่มีค่าความต้านทานภายในสูงๆ

Meter เป็นตัวที่ใช้ในการอ่านค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตัววัดผ่านชุดภาคขยาย โดย meter ที่วัดแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ดีต้องมีค่าความต้านทานภายในสูงๆ และแสดงผลเป็นค่า pH โดยผ่านการคำนวณจากหน่วยประมวลผลโดย pH meter อาจมีค่าคำนวณอุณหภูมิมาร่วมด้วย

Probe วัด (combined electrode)

ประกอบด้วยด้วย 2 electrode ซึ่งน่าจะเป็นชิ้นที่ค่อนข้างมีราคาพอสมควรและต้องระมัดระวังในการใช้งาน เนื่องจากจะแตกหักได้ง่าย เมื่อใช้งาน ทั้ง electrode ที่ใช้วัด (Sensor electrode) และ electrode อ้างอิง (Reference electrode) จะต้องถูกจุ่มลงในสารละลายที่ใช้วัดซึ่งโดยปกติแล้ว electrode อ้างอิง (Reference electrode) จะให้ค่า voltage คงที่ electrode อ้างอิง (Reference electrode) จะสร้างจากโลหะอ้างอิง (Reference material) เช่น Mercury, Mercury chloride และสารละลายอิ่มตัว KCl (potassium chloride) สำหรับ electrode ที่ใช้วัด (Sensor electrode) จะเป็นกระเปาะแก้วที่มีความไวกับ hydrogen ไออนซึ่งเมื่อ hydrogen ไออนภายนอกเปลี่ยนแปลงจะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าแปรผันตรงกัน

ภาคขยายสัญญาณ (Amplifier)

ภาคขยายสัญญาณ (Amplifier) หรือที่รู้จักกันในชื่อตัวขยายแรงดันไฟฟ้า มีบทบาทสำคัญในการวัดค่า pH ซึ่งจะขยายสัญญาณแรงเคลื่อนไฟฟ้าน้อยๆให้มีขนาดที่มากขึ้นขึ้น เพื่อการวัดที่แม่นยำจำเป็นจะต้องนำค่าอุณหภูมิมาใช้ในการคำนวณการวัด pH บางอุปกรณ์ยังสอดแทรกวงจรแปลงค่าเพื่อให้ output ออกมาอยู่ในรูปแบบเดียวกันกับค่า pH คือ 0 ถึง 14

Probe วัดอุณหภูมิ (Thermometer probe)

มิเตอร์วัดค่า pH บางรุ่นสามารถวัดอุณหภูมิของสารละลายและทำการคำนวณค่า pH ไว้ในการอ่านค่าของมิเตอร์ (อุณหภูมิของสารละลายมีอิทธิพลโดยตรงต่อ pH) คุณสมบัตินี้เรียกว่า “การชดเชยอุณหภูมิอัตโนมัติ (Automatic Temperature Compensation)”

การประยุกต์ใช้งาน pH meter

เครื่องวัดนี้มีการใช้งานในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย ตั้งแต่ทางการแพทย์ไปจนถึงโรงงานอุตสาหกรรม การทดสอบค่าความเป็นกรดด่างในดินสำหรับการเกษตร โรงงานน้ำดื่ม และยังใช้ในการพัฒนาอาหาร เครื่องสำอาง และผงซักฟอกอีกด้วย ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างการใช้งานทั่วไปได้แก่:

การทดสอบคุณภาพน้ำ: มักใช้วัดพีเอช pH ของน้ำในสระว่ายน้ำ ตู้ปลา และระบบน้ำดื่ม

การใช้งานด้านการเกษตร: ใช้เพื่อทดสอบความเป็นกรดหรือด่างของดินเพื่อพิจารณาความเหมาะสมในการปลูกพืช

อุตสาหกรรมเคมี: ใช้เพื่อตรวจสอบความเป็นกรดหรือด่างของผลิตภัณฑ์เคมีในระหว่างการผลิต และ ระบบน้ำเสีย

อุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม: ใช้ในการวัดความเป็นกรดหรือด่างของผลิตภัณฑ์อาหารและเครื่องดื่ม เช่น ไวน์ เบียร์ และผลิตภัณฑ์จากนม เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและความปลอดภัย