نوع مقاله: یادداشت فنی

دستورالعمل کالیبراسیون pH برای بهینه سازی  دقت اندازه‌گیری

مقدمه

این یادداشت فنی،‌ یک روش کالیبراسیون عمومی را برای دستیابی به بهترین دقت اندازه‌گیری pH فراهم می‌کند.

تجهیزات پیشنهادی

1. pH سنج (pH متر)
2. الکترود pH متر
3. دماسنج قابل ردیابی به NIST (مؤسسه‌ی ملی استانداردها و فناوری)، یا پروب ATC
4. همزن مغناطیسی و میله‌ی همزن مغناطیسی، یا سیم اتصال مغناطیسی Thermo Scientific Orion
5. بشرهای 50 میلی‌لیتری، و بشرهای دورریز 200 میلی‌لیتری (برای ضایعات و پسماندهای شستشو)
6. شیشه‌های ساعت، یا پارافیلم آزمایشگاهی
7. محلول بافر با pH 01/4
8. محلول بافر با pH 00/7
9. محلول بافر با pH 01/10
10. آب یون‌زدایی‌شده (آب دیونیزه)

 

آماده‌سازی محلول بافر کالیبراسیون

 

1. حدود 30 میلی‌لیتر از محلول بافر با pH 01/10 را در یک بشر 50 میلی‌لیتری ریخته و پیش از کالیبراسیون، بشر را با یک شیشه‌ی ساعت یا پارافیلم بپوشانید.
2. حدود 30 میلی‌لیتر از محلول بافر با pH 00/7 را در یک بشر 50 میلی‌لیتری ریخته و پیش از کالیبراسیون، بشر را با یک شیشه‌ی ساعت یا پارافیلم بپوشانید.
3. حدود 30 میلی‌لیتر از محلول بافر با pH 01/4 را در یک بشر 50 میلی‌لیتری ریخته و پیش از کالیبراسیون، بشر را با یک شیشه‌ی ساعت یا پارافیلم بپوشانید.
4. حدود 30 میلی‌لیتر از هر کدام از محلول‌های بافر با pH 01/10، 00/7 و 01/4 را جداگانه در سه بشر 50 میلی‌لیتری مجزا بریزید. از این سه بشر به عنوان بشرهای آب‌کشی (شستشو) در حین کالیبراسیون استفاده کنید.
5. اجازه دهید همه‌ی محلول‌های بافر به دمای یکسانی برسند (هم‌دما شوند). زیرا قرائت (خواندن) pH به دما وابسته‌است.

آماده‌سازی نمونه

1. نمونه‌ها را بر طبق نیازها و روش‌های معیار خودتان جمع‌آوری و مهیا کنید.
2. حدود 30 میلی‌لیتر از نمونه را در یک بشر 50 میلی‌لیتری ریخته، بشر را برچسب زده (نام‌گذاری کرده) و پیش از اندازه‌گیری‌های نمونه، روی آن را با یک شیشه‌ی ساعت یا پارافیلم بپوشانید. این مرحله را برای تمام نمونه‌ها تکرار کنید.
3. حدود 30 میلی‌لیتر از هر نمونه را در بشرهای 50 میلی‌لیتری جداگانه ریخته و بشرها را برچسب بزنید. در حین اندازه‌گیری‌های نمونه، از این بشرهای نمونه به عنوان بشرهای آب‌کشی استفاده کنید.
4. از آنجایی که قرائت pH به دما وابسته‌است، بگذارید همه‌ی نمونه‌ها هم‌دما شوند.

 

 

آماده‌سازی الکترود pH متر

الکترود را مطابق دستورالعمل‌های موجود در راهنمای کاربر یا کتابچه‌ی راهنمای الکترود pH متر آماده کنید. پیش از کالیبراسیون ، الکترود را در محلول نگهداری (نگهدارنده) الکترود pH متر، ‌ محلول نگهداری الکترود pH متر و یا 100 میلی‌لیتر از محلول بافر با pH 7 به همراه 5/0 گرم پتاسیم کلرید (KCl) حل شده در آن قرار دهید.

 

نصب کردن pH متر

pH متر را مطابق دستورالعمل‌های موجود در راهنمای کاربر یا کتابچه‌ی راهنمای pH متر آماده کنید. اطمینان حاصل کنید که برای نیازها و روش‌های معیارتان، تنظیمات  صحیحی انتخاب شده باشد.

 

کالیبراسیون

1. از آنجایی که قرائت pH به دما وابسته‌است، اجازه دهید همه‌ی محلول‌های بافر هم‌دما شوند. اگر محلول‌های بافر در دمای 25 درجه‌ی سانتی‌گراد نیستند، استفاده از تکنیک جبران دما (جبران‌سازی تأثیر دما) توصیه می‌شود. دمای محلول‌های بافر را به وسیله‌ی دماسنج قابل پیگیری توسط NIST اندازه گرفته و به طور دستی در pH متر وارد کرده، یا از یک سیم اتصال ATC به منظور ارسال خودکار دمای محلول‌های بافر به pH متر استفاده کنید.
2. محلول‌های بافر با pH 01/10، 00/7 و 01/4 را همان‌گونه که در بخش آماده‌سازی محلول بافر کالیبراسیون توضیح داده شد، آماده کرده و درپوش بشرهای کالیبراسیون را بردارید.
3. الکترود pH متر را ابتدا در آب یون‌زدایی‌شده و سپس در بشر آبکشی حاوی محلول بافر با pH 01/10 شستشو دهید. برای جلوگیری از آلودگی بافرها،‌ مطمئن شوید که الکترود شستشو شده با آب یون‌زدایی‌شده، درون یک بشر باطله شستشو می‌شود. الکترود pH متر هرگز نباید در همان بشر حاوی محلول بافری که برای کالیبراسیون استفاده خواهد شد، شستشو شود.
4. الکترود را درون بشر کالیبراسیون حاوی محلول بافر با pH 01/10 قرار دهید؛ به گونه‌ای که نوک و محل اتصال الکترود، کاملاً درون محلول بافر غوطه‌ور شود، و محلول بافر را با یک سرعت ملایم و یکنواخت به هم بزنید.
5. کالیبراسیون بر روی pH متر را آغاز کنید.
6. برای یک قرائت پایدار در محلول بافر با pH 01/10، حداقل 1 تا 2 دقیقه صبر کنید. اگر دمای بافر به صورت دستی وارد شده یا از یک سیم اتصال ATC استفاده شود، pH متر باید به طور خودکار محلول بافر را تشخیص داده و مقدار pH تصحیح شده با دمای آن را نشان دهد. اگر pH متر به طور خودکار محلول بافر را تشخیص نداد، به کمک جدول 1 مقدار pH محلول بافر در دمایی که اندازه‌گیری شده را وارد کنید.
7. هنگامی که مقدار بافر صحیح وارد شد، pH متر را به سمت نقطه‌ی بعدی کالیبراسیون حرکت دهید.

 

8. الکترود pH متر را ابتدا در آب یون‌زدایی‌شده و سپس در بشر آب‌کشی حاوی محلول بافر با pH 00/7 شستشو دهید. به منظور جلوگیری از آلودگی محلول‌های بافر، مطمئن شوید که الکترود شستشو شده با آب یون‌زدایی‌شده، در درون یک بشر باطله شستشو شود. الکترود pH متر هرگز نباید در همان بشر حاوی محلول بافری که برای کالیبراسیون استفاده خواهد شد، شستشو شود.
9. الکترود را در درون بشر کالیبراسیون حاوی محلول بافر با pH 00/7 قرار دهید؛ به گونه‌ای که نوک و محل اتصال الکترود، کاملاً در درون محلول بافر غوطه‌ور شود، و محلول بافر را با سرعتی ملایم و یکنواخت به هم بزنید.
10. برای یک قرائت پایدار در محلول بافر با pH 00/7، حداقل 1 تا 2 دقیقه صبر کنید. اگر دمای محلول بافر به صورت دستی وارد شده یا از یک پروب ATC استفاده شود، pH متر باید به طور خودکار محلول بافر را تشخیص داده و مقدار pH تصحیح شده با دمای آن را نشان دهد. اگر pH متر به طور خودکار محلول بافر را تشخیص نداد، به کمک جدول 1 مقدار pH محلول بافر در دمایی که اندازه‌گیری شده را وارد کنید.
11. هنگامی که مقدار بافر صحیح وارد شد، pH متر را به سمت نقطه‌ی بعدی کالیبراسیون حرکت دهید.
12. الکترود pH متر را ابتدا در آب یون‌زدایی‌شده و سپس در بشر آب‌کشی حاوی محلول بافر با pH 01/4 شستشو دهید. به منظور جلوگیری از آلودگی محلول‌های بافر، مطمئن شوید که الکترود شستشو شده با آب یون‌زدایی‌شده، در درون یک بشر باطله شستشو شود. الکترود pH متر هرگز نباید در همان بشر حاوی محلول بافری که برای کالیبراسیون استفاده خواهد شد، شستشو شود.
13. الکترود را در درون بشر درجه‌بندی حاوی محلول بافر با pH 01/4 قرار دهید؛ به گونه‌ای که نوک و محل اتصال الکترود، کاملاً در درون محلول بافر غوطه‌ور شود، و محلول بافر را با سرعتی ملایم و یکنواخت به هم بزنید.

 

14. برای یک قرائت پایدار در محلول بافر با pH 01/4، حداقل 1 تا 2 دقیقه صبر کنید. اگر دمای محلول بافر به صورت دستی وارد شده یا از یک سیم اتصال ATC استفاده شود، pH متر باید به طور خودکار محلول بافر را تشخیص داده و مقدار pH تصحیح شده با دمای آن را نشان دهد. اگر pH متر به طور خودکار محلول بافر را تشخیص نداد، به کمک جدول 1 مقدار pH محلول بافر در دمایی که اندازه‌گیری شده را وارد کنید.
15. هنگامی که مقدار بافر صحیح وارد شد، pH متر را آماده‌ی ذخیره‌سازی و پایان کالیبراسیون کنید.
16. الکترود pH متر را با آب یون‌زدایی‌شده شستشو داده و آن را در محلول نگهداری الکترود pH متر قرار دهید. بشرهای کالیبراسیون را با شیشه‌ی ساعت یا پارافیلم بپوشانید.

 

ارزیابی و بررسی کالیبراسیون

1. از همان محلول‌های بافری که برای کالیبراسیون به کار رفته‌اند، استفاده کرده یا محلول‌های بافر تازه‌ای را همانند آنچه که در بخش آماده‌سازی محلول بافر کالیبراسیون توصیف شد، تدارک ببینید. درپوش بشرهای ارزیابی کالیبراسیون را بردارید.
2. الکترود pH متر را ابتدا در آب یون‌زدایی‌شده و سپس در بشر آب‌کشی حاوی محلول بافر با pH 01/10 شستشو دهید. به منظور جلوگیری از آلودگی محلول‌های بافر، مطمئن شوید که الکترود شستشو شده با آب یون‌زدایی‌شده، در درون یک بشر باطله شستشو شود. الکترود pH متر هرگز نباید در همان بشر حاوی محلول بافری که برای ارزیابی کالیبراسیون استفاده خواهد شد، شستشو شود.
3. الکترود را در درون بشر ارزیابی کالیبراسیون حاوی محلول بافر با pH 01/10 قرار دهید؛ به گونه‌ای که نوک و محل اتصال الکترود، کاملاً در درون محلول بافر غوطه‌ور شود، و محلول بافر را با سرعتی ملایم و یکنواخت به هم بزنید.
4. اندازه‌گیری بر روی pH متر را آغاز کنید.
5. برای یک قرائت پایدار، حداقل 1 تا 2 دقیقه صبر کرده و آنگاه pH و درجه حرارت محلول بافر را ثبت کنید.
6. مراحل 2 تا 5 را برای محلول بافر با pH 00/7 و سپس برای محلول بافر با pH 01/4 تکرار کنید.
7. مقادیر pH و دمای ثبت شده‌ی محلول‌های بافر را با آن‌هایی که در جدول 1 فهرست شده‌است، مقایسه کنید.
8. الکترود pH متر را با آب یون‌زدایی‌شده بشویید و تا زمانی که نمونه‌ها آماده‌ی اندازه‌گیری باشند، آن را در محلول نگهداری الکترود pH متر قرار دهید.

    

   جدول 1: مقدار pH بافرها در دما های مختلف
   

    

   
   

   اندازه‌گیری نمونه

   1. از آنجایی که قرائت pH به دما وابسته می‌باشد، اجازه دهید تمام نمونه‌ها هم‌دما شوند. اگر نمونه‌ها در دمای 25 درجه‌ی سانتی‌گراد قرار ندارند، استفاده از تکنیک جبران دما توصیه می‌شود. به کمک یک دماسنج قابل پیگیری توسط NIST، دمای نمونه‌ها را اندازه بگیرید و به صورت دستی در pH متر وارد کنید، یا به منظور ارسال خودکار دمای نمونه‌ها به pH متر ، از یک سیم اتصال ATC استفاده کنید.
   2. نمونه‌ها را همان‌گونه که در بخش آماده‌سازی نمونه توضیح داده شد، آماده کرده و پوشش بشرهای نمونه را بردارید.
   3. الکترود pH متر را ابتدا در آب یون‌زدایی‌شده و سپس در بشر آب‌کشیِ اولین نمونه شستشو دهید. به منظور جلوگیری از آلودگی نمونه‌ها، مطمئن شوید که الکترود شستشو شده با آب یون‌زدایی‌شده، در درون یک بشر باطله شستشو شود. الکترود هرگز نباید در همان بشر نمونه‌ای که برای ارزیابی کالیبراسیون استفاده خواهد شد، شستشو شود.
   4. الکترود را در درون بشر اندازه‌گیریِ اولین نمونه قرار دهید؛ به گونه‌ای که نوک و محل اتصال الکترود، کاملاً در درون نمونه غوطه‌ور شود، و نمونه را با سرعتی ملایم و یکنواخت به هم بزنید.
   5. اندازه‌گیری بر روی pH متر را آغاز کنید.
   6. برای یک قرائت پایدار در نمونه، حداقل 1 تا 2 دقیقه صبر کرده و آنگاه pH و درجه حرارت نمونه را ثبت کنید.
   7. مراحل 3 تا 6 را برای نمونه‌های بیشتر تکرار کنید. به منظور حصول تجدیدپذیرترین (سازگارترین) اندازه‌گیری‌های نمونه، الکترود pH متر را در هر نمونه، در عمق یکسانی غوطه‌ور سازید. هنگامی که همه‌ی نمونه‌ها اندازه‌گیری شدند، الکترود را با آب یون‌زدایی‌شده شسته و آن را در محلول نگهداری الکترود pH متر قرار دهید.

   توصیه‌هایی در رابطه با کالیبراسیون و اندازه‌گیری pH

   • روزانه، شیب الکترود pH متر را حداقل توسط انجام دادن یک کالیبراسیون با دو محلول بافر (با pH های متفاوت) بررسی کنید. این شیب باید 92 تا 102 درصد (43/54 تا 34/60 میلی‌ولت بر واحد pH) باشد.
   • همیشه برای کالیبراسیون، محلول‌های بافری تازه را درون بشرهای تمیز بریزید. بافرهایی را انتخاب کنید که 1 تا 3 واحد pH با یکدیگر تفاوت داشته باشند.

    

   • از آنجایی که قرائت pH تحت تأثیر دما قرار دارد، اجازه دهید همه‌ی محلول‌های بافر و نمونه‌ها به دمای یکسانی برسند. اگر بافرها و نمونه‌ها در دمای 25 درجه‌ی سانتی‌گراد نیستند، استفاده از تکنیک جبران دما پیشنهاد می‌شود. به کمک یک دماسنج قابل پیگیری توسط NIST، دمای بافرها و نمونه‌ها را اندازه بگیرید و به صورت دستی در pH متر وارد کنید، یا به منظور ارسال خودکار دمای بافرها و نمونه‌ها به pH متر ، از یک سیم اتصال ATC استفاده نمایید.

    

   • از آنجایی که قرائت pH، پدیده‌ای وابسته به دماست و مقدار pH هر نمونه، به تغییر دمای آن نمونه پاسخ متفاوتی خواهد داد، به منظور دقیق‌ترین، سازگارترین و قابل مقایسه‌ترین نتایج، pH نمونه‌ی خود را همواره در دمای یکسانی ثبت کنید.
   • اگر الکترود قابل پُر کردن مجدد باشد، به منظور اطمینان از یک جریان یکنواخت از محلول پرکننده، سوراخ پرکننده‌ی الکترود را در حین کالیبراسیون و اندازه‌گیری بردارید. سطح محلول پرکننده در درون الکترود باید حداقل یک اینچ بالاتر از سطح بافر یا نمونه باشد.
   • هنگامی که الکترود در محلول غوطه‌ور شود، سطح بافر یا نمونه باید بالاتر از محل اتصال مرجع الکترود pH متر باشد.
   • مابین بافرها یا نمونه‌ها، الکترود را با آب یون‌زدایی‌شده و سپس با بافر یا نمونه‌ی بعدی بشویید. برای کاهش احتمال خطاهای ناشی از قطبش، از مالش یا پاک (خشک) کردن حباب الکترود اجتناب کنید.
   • برای به هم زدن همه‌ی محلول‌های بافر و نمونه‌ها در یک سرعت ملایم و یکنواخت، از یک صفحه و نوار همزن مغناطیسی یا سیم اتصال همزن Thermo Scientific Orion (رده‌ی شماره‌ی 096019) استفاده کنید. سیم اتصال همزن می‌تواند همراه با pH متر ‌های 3-ستاره، 4-ستاره و 5-ستاره، و همچنین pH متر Orion DUAL STAR مورد استفاده قرار گیرد.
   • اگر کارکرد مدنظر، مثلاً در هنگامی که نمونه‌هایی با حجم کوچک اندازه‌گیری می‌شوند، مانع از به هم زده شدن نمونه‌ها می‌گردد، هیچ یک از بافرها یا نمونه‌ها را به هم نزنید. یکسان نگه داشتن شرایط اندازه‌گیری نمونه و بافر، بهترین نتایج را خواهد داد.
   • برای جلوگیری از خطاهای ناشی از انتقال گرما به محلول، بین صفحه‌ی همزن مغناطیسی و بشر، یک قطعه از مواد عایق نظیر یونولیت یا مقوا قرار دهید.

 

نویسنده: خانم مهندس فاطمه قریشی

 

References:

1. Technical Note: "pH Calibration Procedure for Optimal Measurement Precision" , Thermo Scientific Corporation, 2009