pH-sensor: Sonde for vannkvalitet

Hvorfor måle pH?

pH er et mål på vannets surhetsgrad eller alkalitet. Vann med pH under sju er surt, mens vann med pH over sju er alkalisk (basisk). Vannets pH bestemmes av oppløste, pH-aktive salter. For eksempel vil oppløsning av natriumhydroksid i rent vann øke pH-verdien fordi hydroksidionet er en pH-aktiv base, og oppløsning av hydrogensulfid i rent vann vil redusere pH-verdien fordi hydrogenionet er en pH-aktiv syre. Oppløsning av natriumklorid i vann vil derimot ikke endre pH-verdien, fordi verken natrium eller klorid er pH-aktive ioner.

Vannets pH-verdi bestemmer formen på oppløste, pH-aktive salter. Anta for eksempel at en ammoniakkbasert gjødsel renner ut i en elv via avrenning fra regn. Hvis elvens pH er under ni, vil de fleste ammoniakkartene være i form av ammoniakk, NH3. Hvis elvens pH er over ni, vil mesteparten av ammoniakken være i form av ammonium, NH4+. Dette er viktig fordi ammoniakk er giftig for biota, mens ammonium kan være et næringsstoff for biota.

pH-verdien bestemmer også løseligheten av metaller i vannet. Metaller som jern og krom er mer løselige ved lav pH, og dermed mer tilgjengelige for opptak av fisk og andre biota. Ved høy pH er metallene mindre løselige, og det er mer sannsynlig at de bindes i sedimentene enn at de er tilgjengelige for biota.

Endringer i langsiktige pH-trender kan være et tegn på at det er behov for mer detaljerte kjemiske undersøkelser av vannet og forurensningskildene.

Hvordan måles pH?

pH måles med en pH-sensor og en referanseelektrode. pH-sensoren er en liten glasspære fylt med en elektrolytt med kjent pH-verdi. Hvis pH-verdien i prøvevannet er forskjellig fra elektrolytten, oppstår det en spenning over glasspæren. Denne spenningen endres forutsigbart med pH-verdien i prøvevannet og måles gjennom referanseelektroden. Referanseelektroden inneholder en elektrolytt som ikke er adskilt fra prøvevannet av en glasspære, men av et mikroporøst materiale, ofte teflon, som gjør at elektrolytten kan komme i kontakt med vannet uten å bli fortynnet av vannet.

Det finnes to typer referanseelektroder i vannkvalitetsinstrumenter. Den første bruker et lite volum «gelert» elektrolytt med høy viskositet. Referanseelektroder med gelert elektrolytt krever ikke periodisk utskifting av elektrolytten. De må imidlertid skiftes ut omtrent én gang i året eller oftere, fordi brukeren ikke kan bytte ut elektrolytten.

Den andre typen referanseelektrode bruker et stort volum elektrolytt med lav viskositet (ikke-gelert). Den resulterende «flytende overgangen» gir vanligvis en mer stabil måling enn referanseelektroder med gelert elektrolytt, spesielt etter hvert som den gelerte elektrolytten eldes. Elektrolytten med flytende overgang krever ny elektrolytt omtrent annenhver måned. Etterfylling av elektrolytt betyr imidlertid at du ikke trenger å skifte ut hele referanseelektroden (slik du må med modeller med gelelektrolytt).

Referanseelektroden som brukes til pH-måling, kan samtidig legge til rette for målinger med ORP-elektroder og ioneselektive elektroder (ISE).

pH-sensorer kalibreres vanligvis med kommersielt tilgjengelige standarder, kalt pH-buffere. Du kan velge to- eller trepunkts pH-kalibrering. Ved topunktskalibrering brukes en syv (nøytral) buffer og en annen buffer med en verdi som ligger i nærheten av verdien i vannet du skal måle i, vanligvis en firebuffer (sur) eller en tibuffer (basisk). Hvis du måler i vann der pH-verdien kan variere betydelig over og under syv, kan du øke målenøyaktigheten noe med en trepunktskalibrering der du bruker syv, fire og ti buffere.