อย่างที่เราทราบกันหลักการทำงานเบื้องหลังเครื่องวัดค่า pH meter เป็นการวัดแรงดันไฟฟ้า (ศักย์ไฟฟ้า) ในหน่วยมิลลิโวลท์ ของสารละลาย หากสนใจในหลักการทำงานสามารถดูรายละเอียดเพิ่มเติมที่ ทำความเข้าใจ pH meter หลักการทํางานและส่วนประกอบสำคัญ
เครื่องวัด pH นี้จะทำการตรวจวัดศักย์ไฟฟ้าโดยใช้อิเล็กโทรด 2 ขั้วที่เสียบเข้าไปในของเหลวเพื่อสร้างวงจรไฟฟ้า หนึ่งในอิเล็กโทรดเหล่านี้เรียกว่า อิเล็กโทรดอ้างอิง จะประกอบด้วยสารที่มีศักย์ไฟฟ้าที่ทราบ อิเล็กโทรดอื่นที่เรียกว่าอิเล็กโทรดเซ็นเซอร์จะถูกใส่เข้าไปในสารละลายที่กำลังทดสอบ ศักย์ไฟฟ้าคือความแตกต่างที่เกิดจากการเปรียบเทียบอิเล็กโทรดอ้างอิงกับอิเล็กโทรดเซ็นเซอร์
ความเป็นกรด-ด่าง (pH) และมิลลิโวลต์ (mV)
คำว่า pH หมายถึง “พลังของไฮโดรเจน” ดังนั้นค่า pH นี้จึงสอดคล้องกับการวัดแรงดันไฟฟ้าด้วย โดยที่ระดับ pH ที่สมบูรณ์จะเปลี่ยนจากค่า pH ที่เป็นกรดต่ำ 0 = +400 mV ไปจนถึงค่า pH ที่เป็นด่างสูง 14 = -400 mV ความหมายในแง่ของช่วงเต็มระหว่างขีด จำกัด บนและล่าง:
ตารางและกราฟความสัมพันธ์ pH & mV
| mV (Millivolts) | pH |
|---|---|
| 400 | 0 |
| 342.86 | 1 |
| 285.71 | 2 |
| 228.57 | 3 |
| 171.43 | 4 |
| 114.29 | 5 |
| 57.14 | 6 |
| 0 | 7 |
| -57.14 | 8 |
| -114.29 | 9 |
| -171.43 | 10 |
| -228.57 | 11 |
| -285.71 | 12 |
| -342.86 | 13 |
| -400 | 14 |
หมายเหตุ
Dr. Jerry Tennant ค้นพบสูตรมิลลิโวลต์เป็น pH เป็นครั้งแรก ที่มาของข้อมูล https://www.traditionaloven.com/conversions_of_measures/ph-voltage.html
ค่า slope pH meter
ค่าความชัน (Slope) ของ pH meter เป็นพารามิเตอร์สำคัญในการระบุคุณภาพหรือความเสื่อมของหัววัด (หัววัด pH) โดยมีนิยามให้เป็นผลหารของความต่างศักย์ไฟฟ้าที่วัดได้ต่อหน่วย pH ดังสมการในรูปด้านล่าง
สำหรับการคำนวณเปอร์เซ็นต์ความชัน (Slope) ของค่าพีเอชเป็นการยืนยันว่าหัววัดของคุณทำงานอย่างถูกต้อง โดยทั่วไปความชันระหว่าง 85 ถึง 105% เป็นที่ยอมรับได้ หากไม่อยู่ในช่วงนี้คุณอาจต้องเปลี่ยนหัววัดค่า pH เพื่อการวัดที่แม่นยำ สูตรการคำนวณ % Slope ดังแสดงด้านล่าง
ตัวอย่างการคำนวณ 1
อิเล็กโทรด pH สร้าง –7 mV ในบัฟเฟอร์ pH 7.00 และ +166 mV ในบัฟเฟอร์ pH 4.00
การคำนวณ166 mV – (-7 mV) = 173 mV ดังนั้น 170mv/3 = 57.67mV/pH หน่วย 57.67/59.16 x 100 = 97.47% ดังนั้นหัววัดหมายเลข1 นี้อยู่ในระดับที่ดี (เกณฑ์การยอมรับอยู่ที่ 85% หากต่ำกว่านี้ควรเปลี่ยนหัววัดใหม่)
ตัวอย่างการคำนวณ 2
อิเล็กโทรดในบัฟเฟอร์ pH 7.0 สร้าง +15 mV เมื่อวางไว้ในบัฟเฟอร์ pH 4.0 จะสร้าง +170 mV ความแตกต่างระหว่างบัฟเฟอร์ทั้งสองคือ +155 mV ซึ่งก็คือ 155mV/3 = 51.67 mV/pH
ดังนั้น 51.67/59.16 *100 = 87.33% อยู่ในระดับพอใช้ (เกณฑ์การยอมรับอยู่ที่ 85% หากต่ำกว่านี้ควรเปลี่ยนหัววัดใหม่)
แต่โชคดีที่เครื่องวัดพีเอชระดับ High End แสดงค่า % Slope ทำให้ผู้ใช้งานลดความยุ่งยากในการคำนวณ อีกทั้งยังแสดงค่าดังกล่าวบนหน้าจอเพื่อแจ้งให้ผู้ใช้ทราบและทำการเปลี่ยนหัววัดเมื่อระดับ %ความชันต่ำกว่า 85%
ค่า offset pH meter คืออะไร
ค่าออฟเซ็ต (Offset) คือการอ่านค่า mV ของหัววัดอิเล็กโทรดเมื่อจุ่มลงในบัฟเฟอร์ pH 7 ค่าตามทฤษฎีที่ควรจะเป็นคือ 0 mV อย่างไรก็ตามในความเป็นจริงค่าที่ได้ย่อมแตกต่างไปตามความเสื่อมของหัววัด แต่ค่าที่ยอมรับได้ของออฟเซ็ตไม่ควรเกิน ±30 mV (หากเกินแสดงว่าหัววัดเริ่มเสื่อมสภาพ) แต่เครื่องวัด pH รุ่นมาตรฐานจะแสดงค่า ค่า offset และ Slope ทำให้ผู้ใช้งานได้รู้ประสิทธิภาพของเครื่องวัดดังรูป
สรุป
ดังนั้นการสอบเทียบ Calibrate เครื่องวัด pH จะเป็นการปรับทั้งค่าความชันและค่าออฟเซ็ต (Offset) ทำให้การอ่านค่า pH ที่แม่นยำสำหรับสารละลายต่างๆ ได้หลากหลาย
