pH Metre Kalibrasyonu Nasıl Yapılır? Tampon, Eğim, Ofset

pH metre kalibrasyonu nedir?

pH metre kalibrasyonu, pH değeri bilinen tampon çözeltiler kullanılarak ölçüm cihazının, elektrottan gelen gerilimi doğru pH değerine çevirecek biçimde ayarlanmasıdır. pH elektrodu, içine daldırıldığı çözeltinin pH’ına bağlı bir gerilim üretir. Kalibrasyon bu gerilim ile pH arasındaki doğrusal ilişkiyi belirler: doğrunun eğimini ve sıfır noktasını.

Günlük dilde elektrodun kalibre edildiği söylenir, ama teknik olarak ayarlanan elektrot değildir. Bir üreticiye göre milivolt ölçen cihaz elektrodun kusurlarını karşılayacak biçimde ayarlanır; bir başka üreticiye göre kalibre edilen her zaman cihaz ile elektrottan oluşan sistemdir. Bu yüzden elektrot değiştiğinde ya da başka cihaza bağlandığında kalibrasyon yeniden yapılır.

pH metrenin nasıl çalıştığı pH metre ve analiz cihazları sayfasında, pH sensörünün diğer sensörler arasındaki yeri endüstriyel sensör çeşitleri rehberinde anlatılır.

pH metre kalibrasyonu neden yapılır?

pH metre kalibre edilir, çünkü cam elektrodun ürettiği gerilim uzun sürede tekrarlanabilir kalmaz; düzeltilmeyen bir cihaz kendi içinde tutarlı ama yanlış sonuç verir. Başlıca nedenler:

• Eğimin düşmesi (yaşlanma): Kuramsal eğimi yalnız sıcaklık belirler, gerçek eğim elektrodun durumuna da bağlıdır. Cam elektrodun gerilim üretme yeteneği yaşla azalır; ansiklopedi maddesine göre eğim genellikle aylar içinde, bir üreticiye göre önce yavaş, sonra daha hızlı düşer.
• Sıfır noktasının kayması: Cam membranın iki yüzündeki pH aynı olsa bile birkaç milivoltluk asimetri potansiyeli ölçülür; dış yüz ölçülen sıvıyla sürekli kimyasal etkileşimde olduğundan bu potansiyel zamanla değişir. Referans elektrolitinin kirlenmesi de elektrodun özelliklerini değiştirir.

Kalibrasyonu sıcaklık da etkiler: elektrodun eğimi de tamponun ve numunenin pH’ı da sıcaklıkla değişir (ayrıntılar eğim bölümünde).

pH metre kalibrasyon sıvısı (tampon çözelti) nedir?

pH metre kalibrasyon sıvısı, pH değeri bilinen ve hafif bir kirlenmede bile pH’ını koruyacak biçimde hazırlanmış tampon çözeltidir. Bir üreticinin deyişiyle kalibrasyon, kullanılan tamponlardan daha iyi olamaz.

Hangi tampon değerleri kullanılır?

En yaygın tampon değerleri pH 4, 7 ve 10’dur. Seçimi prosesin pH aralığı belirler: tamponlar bu aralığın iki ucunu kapsamalıdır, çünkü kalibre edilen aralığın dışında hata büyür. Bir laboratuvar cihazı üreticisine göre pH’ı 9 olan numune için kalibrasyon en az pH 10’a uzanmalıdır; bir ölçüm firmasına göre nötr-asidik proseste pH 7 ve 4, nötr-bazik proseste pH 7 ile bazik bir tampon uygun olabilir. Bir başka üretici iki tampon arasında en az 2 pH birimi fark ister ve sıfır noktası için pH 7 tamponunu şart saymaz.

Tamponun pH değeri sıcaklıkla değişir: bir üreticinin pH 9 tamponu 0 °C’de 9,27, 20 °C’de 9,04, 25 °C’de 9,00 ve 50 °C’de 8,84’tür. Cihazların çoğunda tampon üreticilerinin bu tür tabloları kayıtlıdır; kalibrasyon ayarlarında tamponun üreticisi seçilir ve cihaz, ölçtüğü sıcaklığa uygun değeri kendisi alır. Tablo yoksa tamponun o sıcaklıktaki değeri elle girilir.

Tampon çözelti tozdan nasıl hazırlanır ve nasıl saklanır?

Kalibrasyon tozu (tampon tuzu), saf suda çözülerek tampon çözelti hazırlanan hazır tozdur. Bir tampon tozu üreticisinin yönergesine göre bir kapsülün içeriği 100 ml deiyonize ya da damıtılmış suya boşaltılır ve çözülür. Aynı üreticiye göre temiz ve hava almayan şişede oda sıcaklığında saklanan çözelti üç hafta, açılmamış toz beş yıl dayanır. Kullandığınız ürünün su miktarı ve dayanma süresi için paketindeki yönergeye uyun.

Tampon kullanım kuralları:

• Taze tampon: Bir elektrot üreticisine göre tamponun pH’ı hava, seyrelme ve taşınmayla çabuk değişir. Şişeye açılış tarihini yazın, süresi geçmiş tamponla kalibrasyon yapmayın.
• Geri dökmeyin: Kullanılan tampon şişesine geri dökülmez, tekrar kullanılmaz.
• Bazik tamponlara dikkat: Aynı üreticiye göre pH’ı 7’nin üzerindeki tamponlar daha az kararlıdır, havadaki karbondioksidi daha kolay alır ve açık bırakıldığında pH’ları genellikle düşer; üretici bu yüzden pH 7,00’ın yanında pH 10 yerine 4,01 tamponunu önerir. Bir laboratuvar cihazı üreticisine göre pH 9’un üzerindeki tamponlar, içlerine karbondioksit girdiği için bir aydan uzun kullanılmamalıdır.

Tek, iki ve üç noktalı kalibrasyon arasındaki fark nedir?

Tek noktalı kalibrasyon esas olarak yalnız sıfır noktasını düzeltir; iki noktalı kalibrasyon eğimi de belirler; üç ya da daha çok noktalı kalibrasyon daha geniş bir pH aralığını daha doğru kapsar.

• Tek noktalı kalibrasyon: Tek tamponla esas olarak sıfır noktası (ofset) belirlenir, gerçek eğim hesaplanamaz; bir ölçüm firmasının anlattığı taşınabilir cihaz, örneğin, bu durumda kuramsal Nernst eğimini kullanır. Eğimi düşmüş elektrotta tampona yakın ölçümler makul görünür, numune kalibrasyon noktasından uzaklaştıkça hata büyür. Örnek: cihaz kuramsal eğimi kullanıyorsa, gerçek eğimi 54 mV/pH olan ve yalnız pH 7 tamponuyla kalibre edilen elektrotla pH’ı 10 olan çözeltide yaklaşık 9,74 okunur (7 + 3 × 54 / 59,16).
• İki noktalı kalibrasyon: İki nokta bir doğruyu tanımlar; cihaz iki tampondaki okumalardan eğimi ve sıfır noktasını hesaplar. Ansiklopedi maddesi, iyi laboratuvar uygulamasına uygun olarak ölçülecek aralığı kapsayan en az iki standart tamponu yazar.
• Üç ya da daha çok noktalı kalibrasyon: Daha hassas ölçümler bazen üç pH değerinde kalibrasyon ister; okunan değerlere en uygun doğru uydurulur. Bir üreticiye göre üç nokta, daha geniş bir aralığı daha doğru kapsar.

pH metre kalibrasyonu adım adım nasıl yapılır?

Kalibrasyonda elektrot durulanıp tampona daldırılır, okuma oturunca nokta kaydedilir, işlem sonraki tamponla tekrarlanır ve sonunda eğim ile sıfır noktası kontrol edilir. Adımlar laboratuvar ve el tipi cihazlar için geneldir; otomatik kalibrasyonlu cihazda kılavuz esas alınır.

1. Tamponları ve cihazı hazırlayın: Aralığı kapsayan taze tamponları küçük, temiz kaplara alın; cihazdaki tampon setinin bu tamponlarla uyuştuğunu kontrol edin.
2. Sıcaklığı eşitleyin: Elektrot ile tamponların sıcaklığı yakın olmalıdır; cihaz sıcaklığı elektrottaki ya da ayrı bir sensörden okumuyorsa değer elle girilir. İki üretici, kalibrasyonun numunenin ölçüleceği sıcaklıkta yapılmasını önerir.
3. Elektrodu durulayın: Saklama çözeltisi, proses sıvısı ya da önceki ölçümden kalan iz deiyonize suyla giderilir; doldurulabilir elektrotta elektrolit akabilsin diye dolum tıpası açılır.
4. Tampona daldırın ve bekleyin: Cam membran ile diyafram tampona tamamen girmeli, elektrot kaba değmemelidir (membran çizilebilir). Çoğu cihaz, gerilimin kaymasını (sürüklenme) izleyerek okumanın oturduğuna kendisi karar verir; bir üreticiye göre bu genellikle bir ila üç dakika sürer. Dengeye gelmeden onaylanan okuma kalibrasyonu saptırır.
5. Tamponlar arasında durulayın, silmeyin: Taşınan birkaç damla bile sonraki tamponun pH’ını değiştirebilir; elektrot her tampondan sonra deiyonize ya da damıtılmış suyla durulanır. Silinen elektrotta statik yük oluşup kalibrasyonu bozabilir, membran çizilebilir. İki üreticiye göre fazla su kâğıt mendile hafifçe dokundurularak alınabilir; bir başka üretici hiç kurulamamayı önerir.
6. Sonucu kontrol edin ve bitirin: Eğim ve sıfır noktası aşağıdaki sınırlarla karşılaştırılır; tampon atılır, elektrot durulanıp tipine uygun saklama çözeltisine konur.

pH elektrodunun eğimi ve sıfır noktası nedir, hangi değerler kabul edilir?

Eğim, pH bir birim değiştiğinde elektrot geriliminin kaç milivolt değiştiğini gösterir. Sıfır noktası (ofset ya da asimetri) ise elektrodun gerilim-pH doğrusunun ideal konumundan ne kadar kaydığını gösterir. İki değer elektrodun farklı özelliklerini anlatır: bir ölçüm firmasına göre ayrı ayrı okunur, ama tek başına değil birlikte yorumlanır.

Nernst eğimi nedir ve sıcaklıkla nasıl değişir?

İdeal bir pH elektrodunun eğimi Nernst denkleminden gelir:

eğim = ln 10 · R · T / F

• ln 10: yaklaşık 2,3026.
• R: gaz sabiti, 8,314462618 J/(mol·K).
• F: Faraday sabiti, 96.485,33212 C/mol.
• T: mutlak sıcaklık, kelvin (K).

25 °C’de (298,15 K) bu değer yaklaşık 0,05916 V, yani 59,16 mV/pH’tır (ln 10 yerine 2,303 alınırsa 59,17). İdeal elektrot pH 7’de sıfır gerilim verir, pH 7’den her birim uzaklaşmada gerilim yaklaşık 59 mV değişir. Kuramsal eğim yalnız sıcaklıkla değişir ve sıcaklık arttıkça büyür; aynı formülle (ln 10 ile) hesaplanan değerler:

Sıcaklık	Kuramsal eğim
0 °C	54,20 mV/pH
10 °C	56,18 mV/pH
20 °C	58,17 mV/pH
25 °C	59,16 mV/pH
30 °C	60,15 mV/pH
40 °C	62,14 mV/pH
50 °C	64,12 mV/pH
70 °C	68,09 mV/pH

Bu yüzden birçok pH cihazı sıcaklığı ölçer ve eğimi ona göre düzeltir (sıcaklık kompanzasyonu). Bu düzeltme yalnız elektrodun eğimiyle ilgilidir: numunenin kendi pH’ı da sıcaklıkla değişir ve kompanzasyon bunu düzeltmez. Tamponun sıcaklıkla değişen değeri ise kalibrasyonda cihazdaki tampon tablosuyla ya da elle girilen değerle hesaba katılır. pH’ları karşılaştırılacak numuneler aynı sıcaklıkta ölçülmelidir.

Eğim yüzdesi nasıl hesaplanır?

Cihazlar eğimi çoğu zaman yüzde olarak gösterir: ölçülen eğim, o sıcaklıktaki kuramsal Nernst eğimine bölünür. İşaret kuralına göre eğim eksi (örneğin -59,16 mV/pH) ya da artı işaretle yazılabilir; bu bölümde iki gösterim de geçer. Örnek: 25 °C’de pH 7 tamponunda +5 mV, pH 4 tamponunda +173 mV okunduysa eğim (173 - 5) / 3 = 56,0 mV/pH, yani 59,16 mV/pH’ın yaklaşık %94,7’sidir; sıfır noktası pH 7’de +5 mV’tur.

Kabul aralıkları nelerdir?

Her elektrot ve cihaz için geçerli tek bir sınır yoktur; kabul ölçütleri cihaza, elektroda, üreticinin verilerine ve ölçümün amacına bağlıdır. Yayımlanmış örnekler:

• Bir laboratuvar cihazı üreticisi: eğim %95 ile %103, pH(0) 6,8 ile 7,2 arasında olmalıdır; aynı üretici pH 7’deki ofset gerilimi (Uoff) için ±15 mV verir.
• Bir sensör üreticisi: asimetri potansiyeli pH 7’de ±47 mV’u (yaklaşık ±0,8 pH) geçmemelidir.
• Bir ölçüm firmasının anlattığı taşınabilir cihaz: en yüksek not sıfır noktasında -15 ile +15 mV, eğimde -60,5 ile -58,0 mV/pH aralığında verilir; ±30 mV dışındaki sıfır noktasını cihaz kabul etmez. Firma bu değerlerin o cihaza özgü olduğunu vurgular.

Sınır dışı değerde elektrodu hemen değiştirmek gerekmez. Önce kalibrasyon taze tamponla tekrarlanır; bir üreticiye göre %95’in altındaki eğim süresi geçmiş ya da kirlenmiş tampondan kaynaklanabilir. Değerler yine sınır dışındaysa elektrot kirliliğe uygun biçimde temizlenir, şartlandırılır ve yeniden kalibre edilir; aynı üreticiye göre sınır dışı pH(0) kirlenmiş elektrolitten ya da temizlik ihtiyacından kaynaklanabilir. Temizlik öncesi ve sonrası değerler karşılaştırılınca kaymanın giderilebilir kirlenmeden mi, geri dönmeyen yaşlanmadan mı geldiği ayırt edilebilir. Değerler temizlikten sonra da uygulamanın gereğini karşılamıyorsa elektrot değiştirilir.

Bir ölçüm firması, özellikle kalitenin önemli olduğu uygulamalarda her kalibrasyonun eğimini, sıfır noktasını, tarihini ve tamponlarını kaydetmeyi önerir; değişim böyle bir kayıtta tek kalibrasyondan çok daha erken görünür. Firmanın örneğinde dokuz ayda eğim -59,2’den -54,7 mV/pH’a iner, sıfır noktası +2’den +19 mV’a kayar, okumanın oturması yaklaşık 20 saniyeden 90 saniyeye uzar. Cihazın kalibrasyonu kabul etmesi elektrodun yeni gibi olduğunu göstermez.

pH metre kalibrasyonu ne sıklıkla yapılır?

pH metre kalibrasyonu için tek bir süre verilemez: sıklık ölçüm sayısına, numunenin elektrodu ne kadar kirlettiğine, ölçüm sıcaklığına ve istenen doğruluğa bağlıdır.

• Olağan aralıklar: Ansiklopedi maddesine göre laboratuvarda yaygın uygulama çalışma gününde bir kalibrasyondur; bir proses elektrodu üreticisine göre proseste kalibrasyon bazen vardiyada, bazen günde ya da haftada bir yapılır.
• Mutlaka yenilendiği anlar: elektrot değişince ya da başka cihaza bağlanınca; aynı proses elektrodu üreticisine göre online cihaz devreye alınırken; bir laboratuvar cihazı üreticisinin genel yönergesine göre yeni, bakımdan çıkmış ve uzun süre saklanmış elektrotta.
• Daha sık: Aynı üretici, numune elektrodu kirletiyorsa, yüksek sıcaklıkta ya da günde çok numune ölçülüyorsa günde bir ya da daha sık kalibrasyon önerir. İstenen doğruluk arttıkça ve elektrot yaşlandıkça da sıklık artabilir; ansiklopedi maddesine göre çok hassas ölçümler her ölçümden önce kalibrasyon ister.
• Daha seyrek: Temiz, sulu numunelerde ya da seyrek kullanılan elektrotta aynı üretici haftada bir kalibrasyon önerir.

pH metre testi nasıl yapılır?

pH metre testi (doğrulama), kalibrasyonda kullanılmamış, değeri bilinen bir tamponun ölçülüp okunan değerin tampon değeriyle karşılaştırılmasıdır. Bir laboratuvar cihazı üreticisine göre doğrulama tamponu ilgilenilen pH’a yakın ya da kalibrasyon aralığının içinde olmalıdır; okunan değer beklenen aralıktaysa (örneğin ±0,1 ya da ±0,05 pH) ölçüm sisteminin bütününe güvenilebilir. Örneğin pH 4 ve 10 ile kalibre edilmiş cihazda pH 7 tamponu ölçülebilir; tamponun ölçüm sıcaklığındaki değeri esas alınır.

Doğrulama tutmazsa kabul aralıkları bölümündeki sıra izlenir: önce tampon, sonra temizlik, en son elektrot.

Kalibrasyonda sık yapılan hatalar nelerdir?

Kaynaklarda sayılan tipik kalibrasyon hataları cihaz ayarı ve sıcaklık, tampon, elektrot, okuma ve sonucun yorumuyla ilgilidir. Sorun her zaman elektrottan gelmez: bir ölçüm firmasına göre bozuk tampon, yaşlanmış elektrotla aynı belirtileri verebilir; firma bu yüzden elektroda karar vermeden önce kalibrasyonun tercihen taze tamponla tekrarlanmasını önerir.

• Cihaz ayarı ve sıcaklık: seçili tampon seti kullanılan tamponla uyuşmuyor ya da sıcaklık yanlış girilmiş; kalibrasyon sırasında sıcaklık farkı var.
• Tampon: süresi geçmiş, şişeye geri dökülmüş, taşınmayla ya da numune kalıntısıyla kirlenmiş tampon.
• Elektrot: kurumuş elektrot (cam ancak tamamen hidrate olduğunda çalışır, elektrot hep ıslak tutulur; hazırlanması pH metre ve analiz cihazları sayfasında), kirli ya da kısmen tıkalı diyafram, membranda birikinti, yetersiz şartlandırma.
• Okuma: dengeye gelmeden onaylanan değer.
• Yorum: yaşlanmış elektrodu tekrar tekrar kalibre etmek: kalibrasyon bozulmuş cam membranı onaramaz.

pH elektrodu nasıl temizlenir?

pH elektrodu temizlenirken önce üreticinin talimatına bakılır; üreticiler kendi tasarımları için talimat verir ve talimatlar ayrışabilir. Bir ders kitabı, cam çok kırılgan olduğu için cama katı cisim değdirilmemesini, diş fırçası, havlu ya da aşındırıcı kullanılmamasını ister; bir elektrot üreticisi ise kendi elektrodunun ucunu yumuşak diş fırçası ya da bezle dikkatlice temizlemeyi önerir. Temizleyici kirliliğe göre seçilir; ders kitabının listesinden:

Kirlilik	Temizleyici
Tuz	deiyonize (damıtılmış) su
Yağ ve gres	iyonik olmayan yüzey aktif madde ya da metanol çözeltisi
Mineral birikintisi	asidik çözelti
Protein	asidik pepsin çözeltisi

Elektrot sonunda deiyonize suyla iyice durulanır, ardından şartlandırılıp yeniden kalibre edilir.

Online (proses) pH cihazlarında kalibrasyon nasıl yapılır?

Online pH cihazlarında kaynaklar iki yol anlatır: elektrot çıkarılıp tamponlarla kalibre edilir ya da prosesten alınan numune laboratuvarda ölçülüp online okuma buna göre düzeltilir. Online cihazın ölçümü kontrol sistemine nasıl ilettiği transmitter nedir ve 4-20 mA sinyal nedir rehberlerinde anlatılır.

Elektrodu çıkararak tamponla kalibrasyon: Bir ders kitabına göre basınçlı boruya takılan sökülebilir (insertion) elektrotlar, hat basınç altındayken küresel vananın içinden çekilip proses durdurulmadan temizlik, kontrol, kalibrasyon ya da değişim için alınabilir. Atık su gibi kirli uygulamalarda elektrot temizliği olağan bir bakım işidir.

Laboratuvar ölçümüyle karşılaştırma: Bir proses elektrodu üreticisine göre sonuç, numunenin pH’ını korumasına ve iki cihazın güvenilirliğine bağlıdır. pH’ı 7’nin üzerindeki numune açık kapta karbondioksit alırsa pH’ı düşebilir, uçucu bileşenlerin kaçması da pH’ı değiştirebilir; proses sıcaklığından uzaklaşan numunenin pH’ı değişir ve sıcaklık kompanzasyonu bunu düzeltmez. Bu yüzden numune bekletilmeden, proses sıcaklığında ve online elektroda benzeyen bir laboratuvar elektroduyla ölçülür; laboratuvar cihazı da düzenli iki noktalı kalibrasyonla doğrulanır.

Ayarda online cihazın numune anındaki değeri not edilir ve laboratuvar sonucuyla arasındaki fark kadar düzeltme yapılır; online cihazı doğrudan laboratuvar değerine eşitlemek, arada prosesin pH’ı değiştiyse hata ekler. Fark önceden belirlenen sınırın (üreticinin örneğinde 0,1 pH) altındaysa ayar yapılmaz, çünkü çok küçük farkları düzeltmek çoğu zaman yeni hata getirir. Küçük farkta şüphe varsa üretici, proses koşullarına alışmış online elektrodun okumasını esas almayı tercih eder.

Sahada kontrol ve ayar

Sattığımız pH, ORP ve iletkenlik ölçüm cihazlarının (SEKO Kontrol 40, SEKO Kontrol 100) kalibrasyon ayarını sahada yapıyoruz: cihazın okuduğu değer çalıştığı yerde kontrol edilir, sapma varsa ayar orada yapılır; kapsam hizmetlerimiz sayfasındadır.

Panoya ya da sahaya monte edilen, sürekli ölçüm yapan pH, ORP ve iletkenlik cihazlarımızı su arıtmanın yanında gıda, tekstil, ilaç, maden ve demir çelik sektörlerindeki tesislere veriyoruz. Ayrı pH elektrodu (yedek elektrot) da satıyoruz. Sph3 modeli cam elektrotludur; atık suda da temiz suda da kullanılır. Sph1 modelinin gövdesi PVC, ölçüm ucu camdır ve temiz suda kullanılır. Ölçülecek değeri, akışkanı ve uygulamayı bize iletirseniz uygun cihazı ve elektrodu birlikte belirleyelim; cihazlar pH metre ve analiz cihazları sayfasındadır.