A. Nồng độ pH là gì?

Trước khi khám phá về máy đo pH, chúng ta hãy cùng cùng tìm hiểu xem định nghĩa nồng độ pH là gì và có ý nghĩa như thế nào.

Độ pH là một chỉ số được dùng để ước lượng các ion Hydro trong chất hay giải thích đơn giản hơn là dùng để nhận biết chất cần kiểm tra có tính bazơ hay tính axit.

Độ pH được đo dựa theo một thang tính với độ nhỏ nhất là 0 tức là độ axit cao nhất và cao nhất là 14 có nghĩa là độ bazơ cao nhất. Trong trường hợp độ pH bằng 7 thì môi trường này trung tính không có tính axit hay tính bazơ.

B. Máy đo pH là gì?

Máy đo pH được biết đến là một loại thiết bị được người ta sử dụng để kiểm tra độ kiềm, axit của dung dịch, bazơ, đất, nước…Khi đo kết quả sẽ được hiển thị nhanh chóng ngay trên màn hình LCD của máy. Các kỹ thuật viên có thể điều chỉnh môi trường nước, đất sử dụng trong sinh hoạt hoặc nhà máy sao cho phù hợp với nhu cầu sử dụng dựa trên chỉ số nồng độ đo được bằng máy đo pH. Trong một số trường hợp, máy đo pH còn được sử dụng kèm với các điện cực đo pH và dung dịch đệm.

C. Máy đo pH có cấu tạo như thế nào?

Máy đo pH hiện nay có nhiều loại đa dạng về thiết kế và mẫu mã nhưng đa phần thì chúng có cấu tạo bao gồm 2 bộ phận chính: đầu dò và đồng hồ cho kết quả.

1. Đầu dò máy đo pH

Đầu dò máy đo nồng độ pH được tạo thành từ 2 loại điện cực. Loại điện cực thứ nhất là điện cực cảm biến thuỷ tinh còn loại điện cực thứ hai là điện cực tham chiếu. Hai loại điện cực này có tác dụng truyền tín hiệu tới đồng hồ điện. 

Ngoài ra, cả 2 điện cực này đều có thể được tích hợp trong cùng một đầu dò hoặc cũng có thể được thiết kế nằm ở 2 đầu dò riêng biệt tùy theo từng loại máy đo pH. Một thông tin thú vị nữa là 2 điện cực của đầu dò thiết bị đo pH là bóng rỗng có chứa dung dịch Kali Clorua.

Cụ thể hơn điện cực cảm biến thủy tinh được thiết kế với 1 bóng đèn tạo từ một loại thủy tinh đặc biệt có phủ silica và muối kim loại có thể xác định nồng độ pH thông qua nồng độ của các ion hydro. Mặt khác, điện cực tham chiếu thì được thiết kế với bóng đèn được làm từ thủy tinh hoặc nhựa không dẫn điện.

2. Đồng hồ của máy đo độ pH

Đồng hồ của máy đo độ pH sẽ hiển thị giá trị đo được thông qua vạch chỉ số thể hiện trên đồng hồ với đồng hồ cơ ngay sau khi đầu dò thu được kết quả. Đối với các loại máy đo pH hiện đại có đồng hồ điện tử thì con số sẽ được hiển thị cụ thể trên mặt đồng hồ đó.

Máy đo pH hoạt động như thế nào?

Máy đo pH hoạt động dựa trên nguyên tắc đo nồng độ của các ion hydro. Khi Axit hòa tan trong nước nó sẽ tạo thành ion hydro mang tích điện dương (H +). Ngược lại, khi kiềm hoặc bazơ hòa tan trong nước sẽ tạo thành ion hydro âm (OH-). Nồng độ của các ion hydro (H+) càng lớn thì tính axit càng lớn tương tự tính bazo tăng cao khi nồng độ các ion hydro tích điện âm (OH-) càng cao.

Khi chỉ số pH là 7 có nghĩa là dung dịch này có tính trung hòa. Các loại nước tinh khiết như nước uống của chúng ta tốt nhất nên có chỉ số pH bằng 7, không có tính kiềm cũng không có tính axit.

D. Ứng dụng của máy đo pH trong đời sống

Trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp và trong các phản ứng hóa học có nhiều tình huống mà độ pH của môi trường đóng vai trò then chốt để đưa ra sản phẩm hoàn hảo. Vì thế, máy đo nồng độ pH với thiết kế nhỏ gọn dễ sử dụng có khả năng xuất kết quả chính xác và nhanh chóng đã được người tiêu dùng ưa chuộng, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau phổ biến nhất là ngành nông nghiệp và nghiên cứu hóa học. Sau đây là một số ứng dụng cụ thể của máy đo nồng độ pH.

1. Trong nông nghiệp, máy đo pH được sử dụng để đo độ pH của đất nông nghiệp nhờ đó mà người nông dân có thể cải tạo đất cho phù hợp với từng loại cây trồng để nâng cao năng suất, chất lượng của trái cây và tuổi thọ của vườn cây.
2. Trong ngành nuôi trồng thủy sản, thủy sinh máy đo nồng độ pH giúp người sử dụng có thể điều chỉnh môi trường nước, xử lý nguồn thức ăn đặc biệt là trong nuôi trồng thủy sản xuất khẩu.
3. Máy đo pH dùng để điều chỉnh môi trường nước như xử lý các nguồn nước sinh hoạt, nước thải. Cũng có thể dùng máy đo pH để xác định các kim loại như chì, cadmium, đồng, sắt, kẽm,… có lẫn trong các vật chứa nước, trong đường ống hay không.
4. Đối với ngành chế biến thực phẩm, máy đo pH thường được dùng để đánh giá tình trạng của các loại sản phẩm như thịt, sữa, bia, hay rượu…
5. Người ta còn dùng máy đo nồng độ pH để kiểm tra xem nước có phá huỷ lò hơi, phản ứng hóa học trong nhà máy hoá chất, duy trì pH của dung dịch mạ…thông qua đó mà có khả năng giảm chi phí bảo trì máy hay nâng cao chất lượng của máy.
6. Máy đo độ pH có thể đo trực tiếp bên trong các tế bào sống và được dùng để phân tích trong phòng thí nghiệm hóa học.

E. Các loại máy đo pH thông dụng trên thị trường

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại máy đo nồng độ pH với nhiều mẫu mã, thiết kế khác nhau để đáp ứng nhu cầu sử dụng phong phú của người tiêu dùng. Dưới đây là một số loại máy đo pH được sử dụng nhiều hiện nay.

1. Bút đo pH

Bút đo pH tất nhiên có thiết kế trông như một chiếc bút với kích thước siêu nhỏ gọn và trọng lượng cũng rất nhẹ so với các dòng máy đo pH khác. Cũng chính vì gọn nhẹ nên người dùng có thể bỏ túi và mang theo bất kỳ đâu mà cách sử dụng cũng hết sức đơn giản. Nhìn chung bút đo pH rất tiện nghi cho người dùng tuy nhiên nó cũng có một số hạn chế về tính năng. Bút đo pH thích hợp nhất là dùng để đo nồng độ của chất lỏng.

2. Máy đo pH cầm tay

Máy đo pH cầm tay là dạng máy có kích thước khá nhỏ chỉ vừa tầm tay giúp người dùng có thể cầm theo di chuyển mọi nơi. Loại máy đo này thường được sử dụng phổ biến ở trang trại rau củ, trại nuôi tôm… Mặc dù có kích thước nhỏ như vậy nhưng máy đo pH cầm tay vẫn hội tụ đầy đủ các chức năng cần thiết như đầu ra RS232, lưu trữ dữ liệu, chọn nhiệt độ, tự động tắt, tín hiệu quá tải…

3. Máy đo pH để bàn

Đây là dòng máy đo có kích thước tương đối lớn, cồng kềnh và khó di chuyển vì thế nên được lắp đặt trong các phòng thí nghiệm hoặc phục vụ cho mục đích sản xuất công nghiệp. Tuy nhiên, máy đo nồng độ pH để bàn có nhiều chức năng hơn hẳn so với loại máy đo pH cầm tay và bút đo pH. Đặc điểm nổi trội của máy đo pH để bàn là có khả năng có thể tự động bù nhiệt, tự động hiệu chuẩn cũng đo được nhiều thông số hơn so với 2 loại máy đo trên.

4. Máy đo pH không dây

Hiện đại hơn những dòng máy đo pH kể trên, máy đo pH không dây có khả năng kết nối với cả điện thoại thông minh và cả iPad, hỗ trợ người dùng lưu nhật ký hay theo dõi số liệu mà máy đo đạc được. Người dùng có thể sử dụng Bluetooth để truyền dữ liệu từ máy đo pH sang điện thoại hoặc iPad sau khi đã cài đặt ứng dụng. Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay, loại máy đo pH không dây này chưa được sử dụng rộng rãi.

G. Tầm quan trọng của hiệu chuẩn máy đo pH và cách hiệu chuẩn máy

Tại sao phải hiệu chuẩn máy đo pH?

Việc hiệu chuẩn cho máy đo pH giúp máy có thể hoạt động chính xác và nhanh chóng hơn mang lại nhiều ưu điểm cho máy ví dụ như:

1/ Thay đổi tính năng và đặc điểm của điện cực

Sự lão hóa và phủ điện cực pH là điều tất yếu khi sử dụng máy đo pH trong một khảng thời gian dài. Những hiện tượng có ảnh hưởng không tốt đến các đặc tính của máy vì thế cần phải hiệu chuẩn để giúp cho những đặc điểm của máy đo pH với cảm biến pH đang dùng cho dù có sự khác biệt giữa thực tế và lý thuyết của điện cực vẫn có thể phù hợp với nhau.

2/ Tăng độ chính xác của máy đo pH

Các bộ đệm chuẩn được sử dụng để thực hiện quá trình hiệu chuẩn. Kết quả đo được có thể sẽ không chính xác nếu như hiệu chuẩn mét không được tiến hành không đúng quy trình.

3/ Giảm trôi

Đối với những thiết bị có sử dụng điện cực thì việc đo lường là một vấn đề thiết yếu trong quá trình hoạt động vì thế nên thao tác hiệu chuẩn sẽ giúp cho máy đo nồng độ pH duy trì được độ chính xác của kết quả đo.

4/ Sự khác biệt về mẫu

Nhiều mẫu của cùng 1 chất có thể cho ra những đặc tính khác nhau. Đó là lí do cần hiệu chuẩn so với những bộ đệm chuẩn hóa để ngăn ngừa những vấn đề liên quan tới mang tế bào ví dụ như sự khác biệt về cường độ ion.

H. Cách hiệu chuẩn máy đo pH

Thông thường chúng ta có 2 cách khác nhau để thực hiện thao tác hiệu chỉnh. Người dùng có thể chọn cho mình cách thức phù hợp với khả năng.

1/ Hiệu chuẩn 2 điểm

Phương cách hiệu chuẩn này còn có tên gọi khác là hiệu chuẩn khung vì hiệu chỉnh 2 điểm sẽ đặt phạm vi giá trị cần đo. Khi thực hiện phương pháp hiệu chuẩn này cho phép máy đo độ pH sẽ dựa vào bộ vi xử lý tính toán sai số và bù cho điện cực pH. Sau đó phương trình mV / pH của đồng hồ tự động điều chỉnh để phù hợp với đặc tính của điện cực pH đang sử dụng.

2/ Hiệu chuẩn nhiều điểm

Đối với một số loại mét pH thì việc hiệu chuẩn có thể được tiến hành cho hơn hai giá trị pH trên cả hai mặt của điểm zero, trong trường hợp này là pH 7.00. Hiệu chuẩn 3 điểm hay nhiều hơn có thể sẽ làm tăng phạm vi đo của thiết bị mà không cần phải hiệu chuẩn lại. Đó cũng chính là lý do mà vì sao chúng ta cần hiệu chuẩn độ pH.