پی اچ متر چیست و چه کاربردی دارد؟

پی اچ متر (pH متر)
ابزاری دقیق و سازوکاری مؤثر برای سنجش میزان اسیدیته یا pH محیط است. «اگر کاغذ، قرمز شود، محیط، اسیدی خواهد بود!» یادش بخیر! احتمالاً این عبارت معروف کتاب شیمی یا علوم تجربی را به همراه بخش دوم آن‌که «اگر کاغذ آبی شود، آنگاه با یک محیط بازی یا قلیایی روبرو هستیم»، به‌کرات خوانده یا شنیده‌اید. سنجش اسیدی یا قلیایی بودن محلول‌ها با استفاده از کاغذ لیتموس یا همان کاغذ تورنسل، سازوکاری است که تقریباً همه ما آن را در دوران مدرسه و دبیرستان آموخته‌ایم. استفاده از یک نوار کاغذی کوچک و رنگی برای پی بردن به ماهیت اسیدی یا قلیایی یک محیط (که به میزان آن، PH می‌گویند)، کار جذاب و نسبتاً آسانی به نظر می‌رسد. اما مشکل اینجاست که پی بردن به ماهیت اسیدی یا قلیایی، همیشه آن چیزی نیست که برای تصمیم‌گیری‌هایمان کافی باشد و به همین دلیل، استفاده از کاغذ تورنسل در بسیاری از مواقع، نمی‌تواند کمک چندانی کند. این کاغذها هیچ اطلاعاتی درباره میزان اسیدی یا قلیایی بودن محیط یا همان مقدار شاخص pH ارائه نمی‌دهند و بعضاً حتی با وجود اختلافِ یک واحدی از میزان خنثی که عدد 7 است، باز هم دچار تغییر رنگ نمی‌شوند.

یک پرورش‌دهنده ماهی که گونه خاصی از ماهی‌ها مثل ماهی گرمسیری را پرورش می‌دهد یا باغبانی که برای کاشت گیاهان مخصوص، به خاکی با محیط اسیدی یا قلیایی نیاز دارد، هرگز نمی‌تواند برای سنجش PH آب یا خاک از کاغذ تورنسل استفاده کند. حفظ میزان PH محیط در چنین شرایطی، بسیار حیاتی است و کوچک‌ترین انحرافی از میزان بهینه، بعضاً می‌تواند نتایج وخیمی به همراه داشته باشد و استفاده از ابزار ابتدایی و غیردقیقی مثل کاغذ تورنسل در چنین موقعیت‌هایی، ممکن است به مرگ ماهی‌ها و گیاهان منجر شود. به همین دلیل است که بسیاری از افراد، ایده خرید یک ابزار دقیق برای اندازه‌گیری میزان pH محیط را در سر می‌پرورانند. این ابزار، همان پی اچ متر است که به آن پی اچ سنج و اسید سنج هم می‌گویند. اما پی اچ متر چیست و چگونه کار می‌کند؟! بیایید نگاه دقیق‌تری به این ابزار کارآمد داشته باشیم.

اسیدیته چیست؟
اگر علاقه‌مند به اندازه‌گیری میزان اسیدی بودن یک محیط هستید، بهتر است ابتدا با معنای اسیدیته بیشتر آشنا شوید. اکثرِ ما فقط ایده‌ای کلی و سطحی درباره یک ماده اسیدی یا قلیایی داریم. مثلاً این را می‌دانیم که اسید می‌تواند پوستمان را بسوزاند! یا آن‌قدر خوش‌شانس هستیم که می‌توانیم خوردن بعضی اسیدها را تجربه کنیم و البته این را هم می‌دانیم که خوردن بعضی اسیدهای دیگر، مثل سولفوریک اسید، چه فجایعی در پی دارد!

اما اسیدها و بازها، در اصل نوعی مواد شیمیایی هستند که در آب حل می‌شوند تا یون‌ها (اتم‌هایی با تعداد الکترون‌های زیاد یا کم) را تشکیل دهند. وقتی یک اسید در آب حل می‌شود، یون‌های هیدروژن با بار مثبت (H+) تشکیل می‌شوند و وقتی یک باز در آب حل شود، یون‌های هیدروکسید با بار منفی (OH-) شکل می‌گیرند و به‌طورکلی هر قدر اسید یا باز قوی‌تر باشد، تعداد یون بیشتری از هیدروژن یا هیدروکسید ایجاد می‌کند.

شاخص pH در یک ماده نشان‌دهنده این است که درواقع چه تعداد یون هیدروژن در حجم معینی از آب تشکیل می‌شود. البته در مورد تعریف خود pH، اجماع مطلقی وجود ندارد اما اکثراً به آن قدرت هیدروژن یا پتانسیل هیدروژن می‌گویند. حالا مثالی می‌زنیم تا ضمن شناخت بهتر pH، ببینیم که یک پی اچ متر چطور کار می‌کند؟

فرض کنید آکواریومی‌ دارید و می‌خواهید بدانید که آیا pH محلول موجود در آکواریوم برای زندگی ماهی‌هایتان مناسب است یا نه؟ برای این کار پی اچ متر را برمی‌دارید و میله الکترود آن را (که به آن میله مکتشف یا کاوشگر هم می‌گویند) وارد آب می‌کنید. طبیعتاً برای نگهداری از ماهی‌ها، مواد دیگری را هم در آب حل کرده‌اید. حالا اگر آب خیلی اسیدی باشد، یون‌های فعال هیدروژن در آن بسیار بسیار زیاد هستند و در عوض، یون‌های هیدروکسید به‌سختی در آن پیدا می‌شوند. اگر هم آب خیلی قلیایی یا بازی باشد، آنگاه تعداد یون‌های فعال هیدروکسید در آن بسیار زیاد و تعداد یون‌های هیدروژن در آن بسیار کم است. حالا اگر pH محلول 1 باشد (که قطعاً ماهی‌ها را فوراً می‌کشد) معنایش این است که تعداد یون‌های هیدروژن این محلول، یک‌میلیون بار (معادل با 106) بیشتر از تعداد یون‌های هیدروژن آن محلول در حالت خنثی (نه اسیدی و نه قلیایی) و 1013 برابر بیشتر از تعداد یون‌های هیدروژن در حالت کاملاً قلیایی (با pH 14) است. همان‌طور که می‌بینیم درک دقیق این روابط، تا حدی مستلزم آشنایی با اعداد توانی و لگاریتم است.

اما pH، سازوکاری برای ساده کردن این اعداد غول‌آسا و تبدیل آن‌ها به یک طیف عددی ساده از 1 تا 14 است که کار را برای تشخیص میزان اسیدیته‌ی محیط بسیار آسان می‌کند. چند ثانیه پس از وارد کردن میله پی اچ متر در آب آکواریوم، عددی روی صفحه‌نمایش آن نشان داده می‌شود که با تحلیل این عدد که همان pH است، قطعاً آشنا هستید: عدد کمتر از 7، نشان‌دهنده محیط اسیدی، عدد 7، نشانگر محیط خنثی و عدد بیشتر از 7 نمایانگر قلیایی بودن محیط است.

عملکرد و کاربرد پی اچ متر (pH متر)
اگر بخواهیم از جنبه علمی به این سؤال که یک پی اچ متر (pH متر)، چگونه کار می‌کند، به ساده‌ترین شکل ممکن پاسخ دهیم، باید بگوییم که این دستگاه، اختلاف‌پتانسیل الکتروشیمیایی بین دو مایع (یکی مایع موجود در الکترود پی اچ سنج و دیگری مایع موجود در محیط) را می‌سنجد.
آنچه تا اینجا گفته شد، تنها مثال‌هایی ساده از کاربرد پی اچ متر بود و کاربرد پی اچ متر، بسیار گسترده‌تر از این حرف‌هاست. بی‌تردید، حوزه پزشکی و آزمایشگاه که اندازه‌گیری دقیق pH خون، یکی از اقدامات بسیار مهم در آن‌هاست، حیاتی‌ترین و مهم‌ترین زمینه کاربرد پی اچ مترها محسوب می‌شود اما پی اچ متر در حوزه‌های دیگری مثل صنایع کشاورزی، آرایشی، بهداشتی، دام‌پروری، شیلات، آب، دارو و مواد شیمیایی و ... نیز کاربرد بسیار گسترده‌ای دارد. به‌عبارت‌دیگر، در هر حوزه‌ای که میزان اسیدیته‌ی محیط، معیار مهمی در امر تصمیم‌گیری باشد، پی اچ متر یکی از ابزارهای ضروری و مهم کار است.

انواع پی اچ متر
پی اچ مترها را بعضاً به سه نوع قلمی، پرتابل و رومیزی تقسیم می‌کنند، اما ازآنجاکه خودِ پی اچ متر قلمی، نوعی پی اچ سنجِ پرتابل است، می‌توانیم پی اچ مترها را به دو دسته‌ی پرتابل و رومیزی دسته‌بندی کنیم.
پی اچ متر رومیزی: پی اچ مترهای رومیزی، متداول‌ترین نوع پی اچ سنج هستند که زودتر از پی اچ مترهای پرتابل به بازار عرضه شدند. این پی اچ مترها ابعاد بزرگ‌تری داشته و معمولاً از دقت بیشتری برخوردار هستند. از پی اچ متر رومیزی معمولاً در محیط‌های آزمایشگاهی و صنعتی استفاده می‌شود. ساختار بسیاری از این نوع پی اچ مترها امکان اتصال لوازم جانبی مختلف به آن‌ها را مقدور می‌سازد که این امر، بر قابلیت‌های کاربردی آن‌ها می‌افزاید. این نوع پی اچ متر، یکی از اساسی‌ترین تجهیزات آزمایشگاهی محسوب می‌شود که بدون وجود آن، آزمایشگاه، فلسفه وجودی‌اش را از دست می‌دهد.

پی اچ متر پرتابل: پی اچ متر پرتابل، از نظر ابعاد، طوری ساخته شده‌ است که به‌آسانی قابل‌حمل بوده و در شرایط و زمینه‌های مختلف آزمایشگاهی و میدانی می‌توان از آن استفاده کرد. از این نوع پی اچ متر کوچک و درعین‌حال، کارآمد می‌توان در زمینه‌ها و مکان‌های مختلف استفاده کرد. همان‌طور که گفته شد، پی اچ متر قلمی، نوعی پی اچ متر پرتابل است و همان‌طور که از نامش پیداست، تا حد زیادی به قلم شباهت دارد که با وارد کردن میله‌ی الکترود آن‌ در محیط، میزان pH آن محیط روی صفحه‌نمایش نشان داده می‌شود. از پی اچ مترهای پرتابل و قلمی، در حوزه‌های مختلفی مثل کشاورزی، آموزشی، دام‌پروری و ... استفاده می‌شود. البته دقت نه‌چندان بالای پی اچ متر پرتابل در ابتدای عرضه آن‌ به بازار، از نقاط ضعفش محسوب می‌شد اما حالا با پیشرفت فناوریِ ساخت، این نوع پی اچ متر، به رقیبی جدی و کارآمد برای اسید سنج رومیزی تبدیل شده‌ است.

خرید پی اچ متر
در خرید پی اچ متر، معیارهای مختلفی را باید مدنظر قرار داد که قصد و منظور از استفاده، بدون شک، مهم‌ترین معیار است. طبیعتاً برای اندازه‌گیری pH در اموری که حساسیت بالایی دارند، باید دقیق‌ترین پی اچ مترهای ممکن را انتخاب کرد. پی اچ مترهایی که در عین برخورداری از دقت بسیار بالا، حداقل تلورانس و خطا را داشته باشند و در صورت نیاز بتوان، ابزارهای جانبی مختلفی را به آن‌ها متصل کرد. بنابراین، قبل از خرید پی اچ متر، ارزیابی دقیقی از هدف و منظور استفاده از آن داشته باشید.

1399/04/22