pH

ค่า pH (อังกฤษ: pH ย่อมาจาก Potential of Hydrogen ion) เป็นค่าที่แสดงความเป็นกรดเป็นเบสของสารเคมีจากปฏิกิริยาของไฮโดรเจนไอออน (H⁺) สามารถทดสอบได้หลายวิธี โดยวิธีที่นิยมและง่ายสุดคือทดสอบด้วยกระดาษลิตมัสจากการเปลี่ยนสี

สำหรับตัวเลขที่แสดงค่า pH ถ้าพิจารณาอย่างง่ายที่อุณหภูมิห้อง ค่าเท่ากับ 7 แสดงว่าสารนั้นเป็นกลางไม่มีฤทธิ์เป็นกรดหรือเบส เช่น น้ำบริสุทธิ์ ถ้ามีค่าน้อยกว่า 7 แสดงว่าเป็นกรด และถ้ามากกว่า 7 แสดงว่าเป็นเบส

ตัวอย่างค่าพีเอชของสารต่าง ๆ

ค่าพีเอขที่ของสารที่พบได้บ่อยในชีวิตประจำวัน

สาร	pH
กรดสารพิษจากเหมืองร้าง	-3.6 - 1.0
กรดจากแบตเตอรี	-0.5
กรดในกระเพาะอาหาร	1.5 - 2.0
เลมอน	2.4
Coke	2.5
น้ำส้มสายชู	2.9
ส้ม หรือ แอปเปิล	3.5
เบียร์	4.5
ฝนกรด	< 5.0
กาแฟ	5.0
ชา	5.5
นม	6.5
น้ำบริสุทธิ์	7.0
น้ำลายมนุษย์	6.5 - 7.4
เลือด	7.34 - 7.45
น้ำทะเล	8.0
สบู่ล้างมือ	9.0 - 10.0
แอมโมเนีย (ยาสามัญประจำบ้าน)	11.5
น้ำยาปรับผ้านุ่ม	12.5
โซดาไฟ	13.5

ประวัติความเป็นมา

แนวคิดของค่า p[H] ถูกนำเสนอโดย นักเคมีชาวเดนมาร์ก ชื่อ โซเรนเซ็น ที่คาลเบิรก์แลบอริทอรี่ ในปี ค.ศ. 1909 และถูกปรับปรุงเป็นการวัดค่า pH แบบสมัยใหม่ในปี ค.ศ. 1924

การวัดค่า pH

หลักการเบื้องต้นของ pH Measurement หลักการเบื้องต้นจะใช้วิธีในการวัดค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าของไอออนในสารละลายระหว่าง Glass Electrode เปรียบเทียบกับ Reference Electrode ซึ่งเป็นเซลล์มาตรฐานที่ทราบค่าศักย์ไฟฟ้าแล้ว

แสดงหลักการอย่างง่ายในการวัดค่า pH

Glass Electrode ประกอบด้วยส่วนรับรู้ค่า pH Glass Membrane ซึ่งปกติจะเป็นลักษณะรูปทรงกลม, Insulating Glass Stem เมื่อ Electrode จุ่มลงสารประกอบไอออนของ ไฮโดรเจนจะมาอยู่ตามบริเวณ Membrane Surface ซึ่งจะทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้า โดยศักย์ไฟฟ้าที่ Electrode Glass ตรวจวัดได้สามารถที่จะคำนวณค่าได้จากสมการ

$E_{g} = E^{ 0}_{g} + \frac{2.303RT}{F}\log_{10}a$

เมื่อ

$E^{ }_{g}$ = ผลรวมของค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ได้จากการวัด

$E^{ 0}_{g}$ = ค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าเมื่อค่า $a^{ }_{ }$ = 1

$a^{ }_{ }$ = ผลรวม ไอออนของไฮโดรเจน

$T^{ }_{ }$ = ค่าอุณหภูมิสัมบูรณ์เป็นองศาเคลวิน

$R^{ }_{ }$ = 1.986 Calories ต่อ mol degree

$F^{ }_{ }$ = Faraday (coulombs per mol)

$2.303^{ }_{ }$ = logarithm conversion factor

ค่า pH จะได้มาจากค่าลบ logarithm ของผลรวมไอออนไฮโดรเจน

$pH^{ }_{ } = - log_{10}a^{ }_{ }$

จากสมการด้านบน จะพบว่าค่าไอออนที่ตรวจจับได้ที่ Membrane จะเป็นค่าที่กำหนดค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้น ซึ่งถ้าที่ Membrane สกปรกจะทำให้ค่า pH ที่วัดได้มีค่าผิดพลาดตามไปด้วย

จากสมการ จะเห็นได้ว่า ศักย์ไฟฟ้าจะขึ้นกับอัตราส่วนความเข้มข้นของ แล้วยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ (T) อีกด้วยดังนั้นการวัด pH ที่ถูกต้องจำเป็นต้องมีการปรับเทียบเครื่องวัดไปที่อุณหภูมิที่ถูกต้องหรือคือจำเป็นต้องตรวจวัดอุณหภูมิของสารละลาย เพื่อทำการปรับภายในวงจรอีกทีหนึ่ง เครื่องวัด pH ที่สมบูรณ์นอกจากจะมีขั้วปรับเทียบแล้วยังมีตัวตรวจวัดอุณหภูมิของสารละลายละลายติดอยู่ด้วย

Reference Electrode จะมีค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าที่คงที่โดยไม่ขึ้นกับอุปกรณ์ตัวใด จากรูปโครงสร้างของ Reference type จะประกอบด้วย Mercury (ปรอท) ซึ่งจะสัมผัสอยู่กับ Mercurous chloride ($HG_{2}Cl_{2}$ ) และ Potassium chloride ($KCl$ ) เมื่อคิดค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ Reference Electrode รวมกับค่าความต่างศักย์ไฟฟ้าสามารถหาค่าได้ตามสมการ

$E = (E_{ref} + E_{j}) - (E^{ 0}_{g} + \frac{2.303RT}{F}\ pH)$

เมื่อ

$E^{ }_{ref}$ = ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ Reference Electrode

$E^{ }_{j}$ = ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ Liquid Junction

Thermo Compensating Resistorจะทำหน้าที่ชดเชยอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป เพื่อให้ผลการวัดได้ถูกต้องโดยไม่ขึ้นกับอุณหภูมิวงจรที่ใช้งานร่วมกับ Thermo Compensating Resistor จะออกแบบให้หักล้างกับค่าแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสารละลายที่ทำการวัดโดยสมการวงจรชดเชยจะได้ดังนี้

$E_{compensate} = \frac{2.303RT_{compensate}}{F}\$

แหล่งข้อมูลอื่น

• รายละเอียด ค่าพีเอช จาก เว็บไซต์กาญจนาภิเษก