ค่า PH คืออะไร

PH คืออะไร

นานาสาระ
มาทำความรู้จักกับคำว่า "ค่า pH"

ก่อนก่อนมาดูนิยามของ pH
pH (พีเอช) เป็นค่าที่แสดงความเป็นกรดจากปฏิกิริยาของอิออนของไฮโดรเจน (H+) สามารถทดสอบได้หลายวิธี โดยวิธีที่นิยมและง่ายสุดคือทดสอบด้วยกระดาษลิตมัสจากการเปลี่ยนสี
สำหรับตัวเลขที่แสดงค่าพีเอช ถ้ามีค่าเท่ากับ 7 แสดงว่าสารนั้นเป็นกลางไม่มีฤทธิ์เป็นกรดหรือเบส ถ้ามีค่าน้อยกว่า 7 แสดงว่าเป็นกรด และถ้ามากกว่า 7 แสดงว่าเป็นเบส
pH (พี เอช) หมายถึง หน่วยวัดค่าความเป็น กรด-ด่าง ซึ่งมีช่วงตั้งแต่ ๐-๑๔ คือ ถ้าความเป็นกรดในอาหารสูงมาก ค่า pH = ๐ แต่ถ้าความเป็นด่างสูงมาก ค่า pH = ๑๔ หรือถ้าเป็นกลาง ไม่เป็นกรด ไม่เป็นด่าง ค่า pH = ๗

ที่มา : หนังสือ "สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน" เล่ม ๑๙ หน้า ๑๐๙ โดยพระราชประสงค์ในพระบาทสมเด้จพระเจ้าอยู่หัว
กรณี pH (พี เอช) ที่เกี่ยวข้องกับการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ
pH (พี เอช) ย่อมาจาก positive pote
ntial of the hydrogen ions
pH (พี เอช) หมายถึง ปริมาณความเข้มข้นของไฮโดรเจนอิออนที่มีอยู่ในน้ำ
(ผมคิดว่าเข้ามาในเว็บไซด์ของกรมประมงคงอาจจะต้องการทราบข้อมูลข้างล้างนี้ด้วย)
ค่า pH 4.0 หรือต่ำกว่า เป็นจุดอันตรายที่ทำให้สัตว์น้ำตายได้
ค่า pH 4.0 - 6.0 สัตว์น้ำบ้างชนิดอาจไม่ตาย แต่จะทำให้สัตว์น้ำ
เจริญเติบโตช้าและทำให้การสืบพันธุ์หยุดชะงัก
ค่า pH 6.5 - 9.0 เป็นระดับที่เหมาะสมกับการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ
ค่า pH 9.0 - 11.0 ไม่เหมาะสมกับการดำรงชีวิต หากสัตว์น้ำอาศัย
อยู่เป็นเวลานานๆจำทำให้ได้รับผลผลิตต่ำ
ค่า pH 11.0 หรือมากกว่า เป็นพิษต่อสัตว์น้ำ

การควบคุมค่า pH

การวัดและควบคุมค่า pH แบบ on-line เป็นงานที่สำคัญประการหนึ่งในการวิเคราะห์กรรมวิธี ProMinent สามารถเสนอผลิตภัณฑ์ต่างๆเพื่อใช้ในงานนี้ตั้งแต่ pH อิเลคโทรด จนถึงเครื่องทำให้ค่า pH เป็นกลาง
การตรวจวิเคราะห์หาค่าความเป็นกรด-ด่าง (PH)
ค่า (PH) เป็นค่าแสดงปริมาณเข้มข้นของอนุภาคไฮโครเจน (H+) ในน้ำการวัดค่า PH มีประโยชน์ในด้านการควบคุมการทำงานและควรตรวจวิเคราะห์ทุกวันเนื่องจากเป็นองค์ประกอบของสิ่งแวดล้อมที่สำคัญและมีผลต่อการทำงานของแบคทีเรีย ในระบบบำบัดน้ำเสียแบบบ่อผึ่งน้ำและคลองวนเวียนควรควบคุมให้ค่า PH ใกล้ 7 มากที่สุด และไม่ควรมีค่าเกิน 6.5-8.5 สำหรับค่าPH ที่เหมาะสมต่อการบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้อ๊อกซิเจน เช่น ถังกรองไร้อากาศควรอยู่ในช่วง 6.6 -7.6 ถ้าค่าPH สูงหรือตำกว่านี้ ประสิทธิภาพของระบบบำบัดจะลดลงที่ค่าPH ต่ำกว่า 6.2 ประสิทธิภาพจะลดลงอย่างรวดเร็วเพราะสภาวะที่เป็นอันตรายต่อแบคทีเรียพวก METHANE FORMER

หลักการของเครื่อง pH meter
เครื่อง pH meter ใช้วัดค่า pH ของสารละลายด้วยหลักการของ potentiometry โดยการใช้ electrolytic cell ที่ประกอบด้วย electrode 2 ชนิด จุ่มลงไปในสารละลายที่ต้องการทดสอบทำการวัดที่ความดันและอุณหภูมิคงที่ และวัดค่าความเข้มข้นของ H+ จากความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่าง electrode ทั้งสองชนิดโดยปฏิกิริยาที่เกิดมีความสัมพันธ์ดังสมการ Nernst equation คือ
E = Eo + 2.303 log A (RT/NF)

โดยที่ E คือ ค่า electrode potential ที่วัดได้
Eo คือค่า electrode potential มาตรฐาน
A คือ ระดับกิจกรรมของไอออนที่วัดได้
R คือค่าคงที่ของแก๊ส = 8.313 J/degree/g.mol.wt
T คือ อุณหภูมิ (องศาเคลวิน)
N คือ จำนวนประจุของไอออน
F คือ ค่าคงที่ของฟาราเดย์ = 96,490 coulombs per g.equiv.wt

ส่วนประกอบที่สำคัญของระบบ pH
จะประกอบด้วย
• ขั้วไฟฟ้าอ้างอิง (Reference Electrode)
• ขั้วไฟฟ้าตรวจวัด (Indicator Electrode)
• โวลต์มิเตอร์ (Voltmeter)
• สารละลายตัวอย่างที่ต้องการวัด (Solution)
ขั้วไฟฟ้าอ้างอิง (Reference Electrode)

จะมีศักย์ไฟฟ้าคงที่ตลอดเวลาแม้ว่ามีการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารในสารละลาย โดยขั้วไฟฟ้าอ้างอิงที่นิยมใช้คือ ชนิด Saturated Calomel Electrode (SCE)
ขั้ว SCE จะใช้เกลือโปแทสเซียมอิ่มตัว (saturated KCl) เป็นสะพานเกลือ เพื่อให้เกิดกิจกรรมเนื่องจากสามารถแตกตัวได้ โปแทสเซียมไอออน และ คลอไรด์ไอออนซึ่งมีขนาดไอออนใกล้เคียงกันทำให้การเคลื่อนที่ออกจากอิเล็กโทรดไม่เกิดความต่างศักย์ดังนั้นศักย์ไฟฟ้าจึงคงที่ตลอด และใช้แบบเกลืออิ่มตัวเพื่อป้องกันไม่ให้ไอออนจากสารละลายวิ่งสวนทางขึ้นไปในขั้ว SCE ซึ่งในบางครั้งจะเกิดปัญหาจากการอุดตันบริเวณปลายขั้ว (junction) ส่งผลให้การวัดค่าช้า ไม่คงที่ และได้ค่าไม่ถูกต้อง
ขั้วไฟฟ้าตรวจวัด (Indicator Electrode)
จะมีศักย์ไฟฟ้าผันแปรตามความเข้มข้นของไอออนที่เปลี่ยนไปโดยขั้วไฟฟ้าตรวจวัดที่นิยมใช้ คือ ชนิด Glass electrode ซึ่งประกอบด้วยส่วนสำคัญ 3 ส่วน ดังนี้
• ส่วน Silver–silver chloride electrode ที่มีส่วนของปรอทผสมอยู่เพื่อเหนี่ยวนำให้เกิด potentiometer
• สารละลายบัฟเฟอร์ที่ช่วยให้ค่า pH คงที่
• เยื่อแก้ว (glass membrane) ที่ซึ่งค่าศักย์ไฟฟ้าจะเปลี่ยนตามค่า pH ของสารละลายตัวอย่าง
ขั้วไฟฟ้าตรวจวัดชนิด Glass electrode เหมาะสมกับการวัดที่ช่วง pH 1-9 และไม่เหมาะต่อการวัดที่ระดับไอออนของโซเดียมสูงแต่ในปัจจุบันมีการปรับปรุงให้สามารถวัดได้ในช่วงค่า pH 0-14
คำแนะนำในการใช้เครื่อง pH meter
• ควรทำการปรับเทียบค่าการวัด (Calibration) ก่อนทำการวัดทุกครั้ง โดยการปรับที่นิยมใช้ คือระบบ two–point calibration ซึ่งจะปรับช่วง pH ที่ต้องการวัดด้วยสารบัฟเฟอร์ 2 ค่า เช่น pH 4 และ 7 หรือ pH 7 และ 10 ทั้งนี้เพื่อให้ได้ค่าที่ถูกต้อง
• เมื่อไม่ใช้งานปลายขั้วควรแช่สารละลาย pH 4 อยู่ตลอดเวลา
• ในการวัดควรจุ่มอิเล็กโทรดให้ระดับโปแทสเซียมคลอไรด์ (KCl) อยู่สูงกว่าระดับสารละลาย ประมาณ 2 เซนติเมตร ทั้งนี้เพื่อให้เกิดแรงดันสามารถดันให้โปแทสเซียมคลอไรด์ (KCl) ไหลออกได้ แต่ถ้าระดับโปแทสเซียมคลอไรด์ (KCl) อยู่ต่ำกว่า สารละลายอาจทำให้สารละลายไหลเข้าขั้วไฟฟ้าและทำให้ปลายอิเล็กโทรดอุดตันได้


การใช้งาน
เพื่อที่จะทำให้ผลการวัดค่า pH มีความถูกต้องมากที่สุด ก่อนการวัด pH ควรทำการ
คาลิเบรทหัววัดอิเลคโทรด ด้วยสารละลายบัฟเฟอร์ 4 และควรสะบัดหัววัดอิเลคโทรดเพื่อไล่ฟองอากาศ ซึ่งจะสามารถอ่านค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ได้ภายในเวลาประมาณ 5 วินาที ในกรณีการวัด pH ที่เป็นกรด หรือด่างมาก เวลาในการวัดจะนานขึ้น แต่ไม่ควรเกิน 1-2 นาที หากใช้เวลานานกว่านั้น แสดงว่าหัววัดอิเลคโทรดเริ่มสกปรก หรือมีปัญหา ต้องมีการบำรุงรักษาที่เหมาะสม

การทำความสะอาดหัวอิเลคโทรดเมื่อเลิกใช้งาน
1. ไม่ควรนำหัวอิเลคโทรดไปกวนในสารละลาย หรือวางหัววัดอิเลคโทรดกระแทกกับภาชนะที่วัดค่า เพราะจะทำให้หัววัดชำรุด
2. ควรใช้น้ำกลั่นฉีดล้างหัววัดอิเลคโทรดเท่านั้น และใช้กระดาษทิชชูซับน้ำที่ปลาย
อิเลคโทรดเบาๆ หลังการใช้งานทุกครั้ง (ห้ามสัมผัสกระเปาะแก้ว)
3. เมื่อค่าที่ได้เปลี่ยนไปจากเดิมมาก เนื่องจากอาจจะมีคราบน้ำมัน หรือไขมันให้เตรียมผงซักฟอกผสมน้ำแล้วแช่หัววัดอิเลคโทรดประมาณ 20 – 30 นาที แล้วล้างด้วยน้ำกลั่น
4. เมื่อลิเลคโทรดเกิดการอุดตัน อุ่นสารละลาย KCl หรือต้มน้ำใช้น้ำอุ่นอุณหภูมิประมาณ 40 – 60 °C จุ่มหัววัดอิเลคโทรดลงไปประมาณ 10 นาที หลังจากนั้นปล่อยให้อิเลคโทรดเย็นลง โดยยังคงแช่อยู่ในสารละลาย KCl หรือน้ำอุ่นนั้น
5. หากมีการสะสมของผลึกเกลือ ให้จุ่มหัวอิเลคโทรดลงในน้ำประปาประมาณ 10 – 15 นาที แล้วฉีดด้วยน้ำกลั่น

การเก็บรักษา
1. ควรเก็บปลายกระเปาะอิเลคโทรดให้เปียกอยู่เสมอ โดยเติม KCl หรือน้ำประปาลงในฝาของอิเลคโทรดก่อนปิด
2. เมื่อใช้อิเลคโทรดใหม่ หรืออิเลคโทรดแห้งให้แช่อิเลคโทรดลงใน KCl หรือบัฟเฟอร์4 ประมาณ 1 – 2 ชั่วโมงก่อนนำมาใช้งาน
3. ห้ามเก็บอิเลคโทรดในน้ำกลั่นเพราะจำทำให้อ่านค่าไม่นิ่ง และมีอายุการใช้งานสั้นลง
คำถามท้ายบท
1. จงอธิบายหลักการทำงานของเครื่องวัดค่า pH
2. จงอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างค่าศักย์ไฟฟ้ากับค่า pH
3. เพราะเหตุใด ขั้ว SCE จึงนิยมใช้เกลือโปแทสเซียมอิ่มตัว (saturated KCl) เป็นสะพานเกลือ
4. คุณสมบัติสำคัญของขั้วไฟฟ้าตรวจวัด (Indicator Electrode) คืออะไร