Fonctionnement électrode ph

[Fikus 0]

Bonjour,

 

J'ai eu l'occasion de travaillé sur une régulation de pH. Je vous donne la théorie pour calibrer et mesurer le pH.

 

Introduction

Une mesure du pH est une détermination de l’activité des ions d’hydrogène dans une solution aqueuse.

 

Théorie

Le pH est mathématiquement défini comme le log négatif de l’activité des ions hydrogène (équation 1).

 

pH = -log H(+) (1)

 

Dans la plupart des cas, l’activité des ions d’hydrogène dans une solution peut être estimée par la concentration de la molaire d’ions hydrogène ([H +]) dans une solution (équation 2).

 

Ainsi l’équation 1 devient: pH ≈ -log [H +] (2)

 

En utilisant l’équation 2, il peut être calculé qu’un pH de 4 correspond à une concentration en ions hydrogène de 10^-4 molaire.

L’indice de référence pour le pH est en fait la concentration des ions d’hydrogène dans l’eau à 25°C. Pour d’autres températures, la dissociation de l’eau en ions d’hydrogène et ions hydroxyde est indiqué dans la réaction suivante.

 

H2O <=> H(+) + OH(-)

 

Le taux de l’équilibre de la réaction ci-dessus est décrit par une constante d’équilibre Kw, qui varie avec la température, mais qui est égal à 1,01×10^-14 à 25°C. Cette constante est déterminée par l’équation 3.

 

Kw = [H+][OH-] (3)

 

Il est important de noter que la valeur de Kw varie avec la température, et par conséquent le pH. Etant donné le lien entre la réaction et la température, la valeur de Kw pour la réaction peut être déterminé en utilisant l’équation de Van’t Hoff (équation 4).

 

 

Kw calculée à partir de valeurs, les pH de l’eau peut être calculé à différentes températures.

 

A partir des valeurs calculés de Kw, le pH de l’eau peut être calculé à différentes températures.

Le pH de l’eau aux températures de 0°C, 25°C et 100°C sont présentés dans le tableau 1.

 

Tableau 1. pH de l’eau à différentes températures

---------------------------------------

|Température....|Kw.............|pH....|

---------------------------------------

|0°C............|0.114x10^-14...|7,46..|

|25°C...........|1.01x10^-14....|7.....|

|100°C..........|49x10^-14......|6,15..|

---------------------------------------

 

 

Mesure du pH

 

Les sondes de pH nécessitent une électrode de mesure et une électrode de référence. La différence de tension entre les deux électrodes est utilisé pour mesurer le pH en utilisant l’équation de Nernst. (équation 5)

 

E(pH) = E(constante) + (RT/nF) * 2.3*log [H+] (5)

 

E(pH): différence de tension entre l’électrode de mesure et de référence (V)

E(constante): différence de tension avec une solution de pH=7 (V)

R: Constante des gaz parfaits (8.314 J/K*mole)

T: Température en Kelvin (K)

n: Nombre de Valence d’électrons par Mole (1 pour H+)

F: Constante de Faraday (96485 J/V*mole e-)

 

Nous simplifions l’équation en introduisant les constantes (équation 6)

E(pH) = E(constante) - R'* T *pH (6)

 

R’=(R/F)*2,3025850929940597=1,9842164229957936*10^-4 Volts/Kelvin

 

Etalonnage de la sonde

 

Les deux variables indépendantes de l’équation 5 sont la température et le pH. Car les deux influencent la tension en sortie de la sonde pH, la compensation de température à la calibration est très importante pour les mesures de pH.

 

E(constante) est une constante, mais elle varie pour chaque sondes de pH et avec la température. Pour compenser cette variation; nous introduisons la variable E’ (équation 7), qui est moins dépendant de la température. La plupart des sondes de pH ont une électrode de mesure, qui s’écartent légèrement de l’idéal de l’équation de Nernst. Pour compenser cette déviation, nous introduisons la variable s (équation 8). La valeur de s correspond à la façon dont l’électrode est corrélée avec l’idéal de Nernst, une valeur de 1 signifie que l’électrode ne s’écarte pas de l’idéal. L’introduction de c’est deux variables est montré dans l’équation 9.

 

E'= (E1+((E2-E1)/(pH1-pH2))*pH1)/T (7)

s = ((E2-E1)/(pH1-pH2))/(R'*T) (8)

 

E(pH) = E’*T – R'*s*T*pH (9)

 

En calibrant l’électrode avec deux solutions tampon, nous pouvons utiliser simultanément deux équations pour déterminer la valeur de E’ et de s. La nouvelle équation est alors utilisé pour déterminer le pH pour n’importe quelle pH et température. Il est recommandé de mesurer le pH à une température proche de la température de calibration. L’équation 10 est l’équation finale utilisé pour calculer le pH grâce à une sonde pH.

 

pH = (E’*T – E(pH)) / s*R'*T (10)

 

Remarque sur l’impédance d’une électrode

 

Le signal provenant d’une sonde pH à une impédance très haute. La plupart des système d’acquisition de données ont une haute impédance, mais l’impédance d’une sonde pH est tellement grande qu’un montage pour adapter l’impédance est nécessaire.

 

Annexe

 

Source: National Instrument – pH Measurement Tutorial

 

J'espère que ça aidera les bricoleurs!

 

A+

[Invité basstard]

Salut Fikus,

 

Excellent article, merci d'avoir fait tourner

 

BaSTaRd

[Fikus 0]

Merci pour ton com, ça fait plaisir.

 

Pour la régulation de pH, le labo pour le quelle je bossais utilisé une pompe péristaltique. Mais ça coûte dans les 150 euro

 

Mais après une petite étude, je pense que l'on peut utilisé une électrovanne (20euro), ou, une pompe de remontée d'aquarium et un relais statique (40euro). Le tout contrôlé par un microcontrôleur de type PIC12F (5euro sans programmateur) avec une sonde pH (40euro)

 

La ou je bloque: l'interfacage?:-?

J'ai pensé à un écran lcd et une dalle tactile ou un clavier. Mais, le prix grimpe et le programme sur le pic deviens beaucoup plus complexe

 

Si quelqu'un a une idée simple et pas trop cher elle est la bienvenue!

[Invité]

Salut Fikus,

tres bon post, nickel, precis, concis, parfait quoi !

Un grand merci a toi !

@+

[Invité basstard]

Re,

 

Mais après une petite étude, je pense que l'on peut utilisé une électrovanne (20euro), ou, une pompe de remontée d'aquarium et un relais statique (40euro). Le tout contrôlé par un microcontrôleur de type PIC12F (5euro sans programmateur) avec une sonde pH (40euro)

Je verrais plutôt un système moteur pas à pas qui entrainerait une vis sans fin qui ferait se mouvoir le piston d'une seringue remplie de pH down.

 

La ou je bloque: l'interfacage?

J'ai pensé à un écran lcd et une dalle tactile ou un clavier. Mais, le prix grimpe et le programme sur le pic deviens beaucoup plus complexe

Pour l'affichage, un petit lcd voir plutôt des afficheurs sept segments. Pour le paramétrage trois touches : plus, moins et Ok.

 

Par exemple : Tu es en mode normal de fonctionnement, tu affiches la valeur lue par la sonde. un clic simple et court sur OK et tu entres en mode paramétrage de la consigne, tu peux faire clignoter l'affichage comme ça on ne confond pas les états. En cliquant sur + ou - tu incrémentes ou décrémentes la valeur entière et en faisant une combinaison OK et + ou OK et - tu ajustes la décimale. Tu valides ta consigne par un clic simple et court sur OK, l'affichage redevient statique.

 

Simple et efficace, pas besoin de se casser la tête dans les solution complexes ou "un bouton, une fonction".

 

Cordialement.

BaSTaRd

 

PS : un PIC12 c'est un peu light, non ? M'enfin, chacun ses habitudes... Après passer sur une famille 16 ou 18 ne fera que simplifier les choses.

[Fikus 0]

Je réfléchirai à tes conseils!

 

Pour l'instant, j'ai pas le temps de m'occuper de la réalisation d'un système de régulation (en ce moment, je fais même pas pousser)

 

Mais dans 6-7 mois je me pencherai sur le sujet avec plus de sérieux.

 

Je posterai mes résultats!

A+