ul. Sienkiewicza 4, 30-033 Kraków czesc@enolab.pl 506 519 639 · Pn–Sb · 10:00–14:00

Mierz pHoprawnie

Tekst pierwotnie ukazał się w kwartalniku Magazyn Winiarski nr 1(1)2017.

Gdyby można było badać tylko jeden parametr wina, to powinno to być właśnie pH. To od niego zależy skuteczność i przebieg wielu procesów zachodzących w trakcie produkcji wina. Zastanówmy się czym jest pH, jak je mierzyć, i w jaki sposób wiedzę o jego wartości dla konkretnego wina wykorzystać praktycznie.

Kwasowość aktywna

Kwasowość aktywna (czynna), zwana również rzeczywistą, dotyczy tej części jonów wodorowych, które występują w roztworze w postaci jonów hydroniowych H₃O⁺.

Rys. 1. Jon hydroniowy (uwodniony kation wodorowy) H₃O⁺

Źródło: Jon hydroniowy by Benjah-bmm27 – Praca własna, Domena publiczna.

Jony wodorowe H⁺ to praktycznie „gołe” protony, które są zbyt małe żeby występować w roztworze samodzielnie, i które w trakcie dysocjacji kwasów obecnych w roztworze, łączą się natychmiast z cząsteczkami wody. pH wina zależy zatem przede wszystkim od mocy zawartych w nim kwasów.

pH = −log₁₀ [H₃O⁺]

Kwasowość aktywna (pH) w roztworach wodnych jest definiowana jako ujemny logarytm dziesiętny rzeczywistego stężenia (a właściwie aktywności) jonów hydroniowych H₃O⁺ wyrażonego w molach na litr.

Wobec trudności z dokładnym wyznaczaniem aktywności jonów, IUPAC wprowadziła następującą definicję:

pH roztworu jest to odczyt ze skali pH-metru, którego elektrody zanurzone są w badanym roztworze. pH-metr uprzednio powinien być wykalibrowany przy użyciu międzynarodowych wzorcowych roztworów buforowych.

Pomiar pH w winie

Wyznaczenie pH roztworu wykonuje się przez pomiar różnicy potencjałów (metody potencjometryczne) dwóch elektrod tworzących ogniwo, złożone z elektrody wskaźnikowej (zanurzonej w roztworze badanym) i elektrody porównawczej (zanurzonej w roztworze standardowym). Do celów praktycznych stosuje się elektrody kombinowane (rys. 2). Elektroda składa się z części pomiarowej (elektroda szklana) oraz odniesienia (elektroda chlorosrebrowa). Elektrody te są stosunkowo odporne chemicznie i pozwalają na prowadzenie pomiarów w pełnym zakresie wartości pH (0-14) oraz w szerokim przedziale temperatur.

Rys. 2. Elektroda zespolona (kombinowana)

Źródło: opracowanie własne na podstawie opisów literaturowych

Inne, mało dokładne, sposoby oznaczania kwasowości aktywnej polegają na określaniu pH na podstawie zmiany barwy papierka wskaźnikowego (np. uniwersalnego) w porównaniu ze skalą wzorców lub na podstawie wyniku barwienia za pomocą wskaźników kwasowo-zasadowych, które zmieniają barwę przy danej wartości pH (metody kolorymetryczne).

pH a temperatura

Ponieważ temperatura wpływa na wynik pomiaru, wskazania pH należy kompensować. Większość mierników pH kompensuje wynik za pomocą wbudowanej lub dodatkowej sondy temperaturowej, która musi być również zanurzona w badanym roztworze.

Rys. 3. Charakterystyka elektrody zależy od temperatury

Źródło: opracowanie własne

Niezależnie od metody pomiaru temperatury, miernik pH automatycznie kompensuje wartość do 25°C. Przy pomiarze najprostszymi testerami pH (bez kompensacji temperatury) należy wykonywać pomiary w temperaturze zbliżonej do 25°C, w innym przypadku wskazania mogą być obarczone błędem. Błąd ten jest tym większy im bardziej mierzona wartość jest odległa od pH7 (rys. 3).

Kalibracja pH-metru

Każdy miernik pH należy okresowo kalibrować. Kalibracja polega na zanurzeniu sondy we wzorcowym roztworze buforowym i odczytaniu wyniku pomiaru. Jeśli pokazywana wartość różni się od wartości roztworu buforowego należy dokonać korekty wskazania, czyli skalibrować pH-metr.

Do kalibracji służą bufory o określonym pH. Aby otrzymywać jak najdokładniejsze wyniki trzeba dobrać punkty kalibracji najbliższe przewidywanych wyników pomiarowych.

Można spodziewać się tu dwojakiego rodzaju problemów. Pierwszy z nich jest związany z tym, że kalibracja polega na dopasowaniu linii (prostej), co przy próbie dopasowania jej do dwóch punktów (przypadek kalibracji dwupunktowej) zawsze zakończy się powodzeniem (rys. 4).

Rys. 4. Kalibracja dwupunktowa

Źródło: opracowanie własne

Drugi problem polega na tym, że kalibracja zazwyczaj wykonywana jest na buforach pH4 i pH7. Wiele polskich win ma pH zbliżone raczej do wartości 3 niż do 4, a ponieważ pH ma skalę logarytmiczną, różnica stężeń pomiędzy wartościami pH 3 i 4 jest dziesięciokrotna(!).

Co począć? W idealnym scenariuszu należy wykonać kalibrację na buforach pH3, pH4 i pH7, o ile Twój pH-metr pozwala na taką trzypunktową kalibrację. Drugi, nieco gorszy, wariant stosujemy, kiedy pH-metr umożliwia jedynie kalibrację dwupunktową. Kalibrujemy wtedy na buforach pH3 oraz pH7 i sprawdzamy na buforze pH4.

Górny zakres kalibracji (pH7) przyda nam się w trakcie oznaczania kwasowości miareczkowej.

Instrukcja kalibracji:

a. Zanurz elektrodę w pierwszym roztworze buforowym (zaczynaj od najniższej wartości pH), po czym uruchom kalibrację na pH-metrze.
b. Poczekaj do momentu, aż pomiar osiągnie stabilną wartość końcową.
c. Wyjmij elektrodę z roztworu buforowego, po czym opłucz ją wodą destylowaną.
d. Dodaj kolejne punkty kalibracyjne, powtarzając dla kolejnych roztworów buforowych czynności opisane w punktach a-c.

Po ukończeniu czynności dla ostatniego punktu kalibracyjnego zakończ kalibrację na pH-metrze.

Do kalibracji należy używać czystych i nieprzeterminowanych buforów, a w jej trakcie dobrze spłukiwać wodą destylowaną (demineralizowaną) resztki buforu z sondy przed jej włożeniem do kolejnego buforu. W każdym punkcie kalibracji należy odczekać na ustabilizowanie się wskazań pH-metru, pamiętając przede wszystkim o włączonej kompensacji temperatury.

Jak często kalibrować

Kalibracja jest konieczna po każdej zmianie elektrody na nową. Zaleca się też każdorazowe powtarzanie tej czynności przed serią dokładnych pomiarów, w znacznie zmienionych warunkach otoczenia, po długotrwałym użytkowaniu tej samej elektrody lub po dłuższej przerwie w pomiarach.

Przechowywanie elektrody

Podstawową zasadą zachowania sondy pH w dobrej kondycji jest utrzymanie jej w stanie wilgotnym. W zatyczce testera powinna być zawsze odrobina płynu do przechowywania elektrod, aby diafragma sondy (rys. 2) miała kontakt z roztworem konserwującym. Nie należy dopuszczać do przesuszenia elektrody, a jeśli takowe nastąpi trzeba ponownie ją uwodnić tak jak przed pierwszym uruchomieniem, a następnie skalibrować.

pH praktycznie

Drobne błędy pomiarowe nie muszą od razu być powodem katastrofy, ale pamiętajmy o tym, że ilość dodawanego SO₂ obliczamy w oparciu o odczyty pH, a dodanie zarówno za dużej jak i za małej ilości SO₂ może spowodować przykre konsekwencje. Co więcej, wino możemy wręcz zniszczyć przy okazji niewłaściwie przeprowadzonej korekty jego kwasowości, a i tu swoje działania opieramy na pomiarach pH.

Jak działa pH-metr

Animacja pokazuje zasadę pomiaru pH z użyciem elektrody potencjometrycznej

Źródło: Endress+Hauser (2014, 11 listopada). Pomiary pH – zasada działania [Plik video]. Pobrane z: https://www.youtube.com/watch?v=jolf2I2CPbI
Mierz pHoprawnie
4.8 (95.38%) 13 opinii