העיקרון הבסיסי של מדידת pH
שיטת מדידת זרם האפס המוכרת והעתיקה ששימשה לקביעת תהליכי תגובה כימיים היא כנראה מדידת pH. באופן כללי, מדידת pH משמשת כדי לקבוע את החומציות או הבסיסיות של תמיסה. אפילו למים טהורים מבחינה כימית יש כמות עקבית של ניתוק, ומשוואת היינון שלהם היא: H2O H2O=H3O-OH - (1) בשל העובדה שרק כמות קטנה מאוד של מים מתנתקת, הריכוז המולרי של יונים הם בדרך כלל מעריך כוח שלילי. כדי להימנע משימוש במעריך הכוח השלילי של ריכוז טוחנת לחישובים, הביולוג סורנסן הציע ב-1909 להחליף ערך לא נוח זה בלוגריתם ולהגדיר אותו כ"ערך pH". מבחינה מתמטית, ערך ה-pH מוגדר כלוגריתם השלילי של ריכוז יוני המימן הנפוץ. כלומר, pH=לוג אחד [H]
(2) בשל התלות החזקה של תוצר יונים בטמפרטורה, עבור ערך ה-pH של בקרת תהליך, יש צורך לדעת בו-זמנית את מאפייני הטמפרטורה של התמיסה. רק כאשר המדיום הנמדד נמצא באותה טמפרטורה ניתן להשוות את ערך ה-pH שלו. על מנת לקבל ערך pH שניתן לשחזר, נעשה שימוש בניתוח פוטנציומטרי למדידת pH. האלקטרודה המשמשת בשיטת ניתוח הפוטנציאל נקראת סוללה ראשונית. המתח של סוללה זו נקרא כוח אלקטרו-מוטיבי (EMF). כוח אלקטרו-מוטיבי (EMF) זה מורכב משתי סוללות וחצי. אחד מחצאי התאים נקרא אלקטרודת המדידה, והפוטנציאל שלו קשור לפעילות יונים ספציפית; חצי התא השני הוא חצי תא ייחוס, המכונה בדרך כלל אלקטרודת התייחסות, המחוברת בדרך כלל לתמיסת המדידה ומחוברת למד pH תעשייתי. אלקטרודת המימן הסטנדרטית היא נקודת הייחוס לכל מדידות הפוטנציאל. אלקטרודת המימן הסטנדרטית היא חוט פלטינה המצופה באלקטרוניקה (מצופה) בפלטינה כלוריד ומוקף בגז מימן. אלקטרודת מחוון pH המוכרת והנפוץ ביותר היא אלקטרודת זכוכית. זהו צינור זכוכית עם סרט זכוכית רגיש ל-pH מנופח בקצהו. הצינור ממולא בתמיסת חיץ KCI המכילה AgCI רווי, עם ערך pH של 7. הפרש הפוטנציאלים הקיים משני צידי סרט הזכוכית ומשקף את ערך ה-pH עוקב אחר נוסחת Nernst: E=Eo. 1n [H3oq (3) n.] בנוסחה, E הוא הפוטנציאל; E הוא המתח הסטנדרטי של האלקטרודה; R הוא קבוע הגז; T היא טמפרטורת קלווין; F הוא קבוע פאראדיי; N הוא הערכיות של היון הנמדד; [HO] היא הפעילות של יון HO. כפי שניתן לראות מהמשוואה לעיל, יש קשר מסוים בין הפוטנציאל E לבין הפעילות והטמפרטורה של יוני HO. בטמפרטורה מסוימת, מדידת הפוטנציאל E יכולה לחשב את ln [HO] (הומר ללוג [HO] לקבלת pH), שהוא העיקרון הבסיסי של זיהוי pH. בנוסחת Nernst, לטמפרטורה יש תפקיד משמעותי כמשתנה. ככל שהטמפרטורה עולה, גם הערך הפוטנציאלי יגדל. על כל עלייה של מעלה אחת בטמפרטורה, זה יגרום לשינוי פוטנציאלי של 0.2 mV/pH. מיוצג על ידי ערך pH, ערך ה-pH משתנה ב-0.0033 לכל LPH לכל I~C. המשמעות היא שעבור מדידות בסביבות 20-30 מעלות ו-7pH, אין צורך לפצות על שינויי טמפרטורה; עבור יישומים עם טמפרטורות גבוהות מ-30 מעלות או פחות מ-20 מעלות וערכי pH גבוהים מ-8 או פחות מ-6, יש לפצות על שינויי טמפרטורה.
