Pengenalan pH - ORP ,Teori Pengukuran & Kalibrasi

1. Teori PH

pH dalam larutan air adalah ukuran ion hidrogen dan hidroksida. air
molekul terdisosiasi dalam ion hidrogen (H +) dan hidroksida (OH–),
tetapi jumlah ion yang terbentuk sangat kecil. Air pada 25 ° C mengandung 1 × 10–7 mol / L ion hidrogen dan konsentrasi ion hidroksida yang sama, di mana konsentrasi (mol / L) ion hidrogen [H +] dikalikan dengan konsentrasi (mol / L) hidroksida ion [OH–] konstan:

K𝘸 adalah konstanta disosiasi untuk air dan itu tergantung pada suhu :

Asam dalam air meningkatkan [H +] dan karena produk [H +] [OH-] harus konstan, asam menurunkan [OH-]. Basa meningkatkan [OH-] dan menurunkan [H +]. Sebagai contoh, misalkan suatu asam ditambahkan ke air pada 25 ° C dan asam menaikkan [H +] menjadi 1,0 × 10–3 mol / L. Karena [H +] [OH–] harus selalu sama dengan 1,0 × 10–14, [OH–] akan menjadi 1,0 × 10–11 mol / L. pH adalah cara umum mengekspresikan konsentrasi ion hidrogen [H +]. Lihat Gambar 1 untuk definisi pH.

Gambar.1

Pada contoh di atas, konsentrasi ion hidrogen adalah 1,0 × 10–3 mol / L dan pH-nya 3,00. Atau, menambahkan basa mengubah [H +] menjadi 1,0 × 10-11 maka pH menjadi 11,0.
Gambar 1 hanya berlaku untuk solusi yang sangat encer. Jika larutan asam atau basa atau garam pekat digunakan, konsentrasi hidrogen harus diganti dengan aktivitas ion aH + dan konsentrasi hidroksida dengan aOH-. Lihat Gambar 2 untuk hubungan antara konsentrasi dan aktivitas ion di mana f adalah koefisien aktivitas untuk ion itu.

Gambar.2

Alasan untuk perbedaan aktivitas dan konsentrasi adalah bahwa dalam larutan konsentrasi tinggi, ion berinteraksi satu sama lain dan karenanya menunjukkan perilaku yang berbeda daripada dalam larutan encer. Itu berarti dalam larutan terkonsentrasi lebih tinggi jumlah ion aktif "nyata" lebih rendah dari yang diharapkan. Ini mengarah pada definisi pH umum, lihat Gambar 3.

Gambar.3

Tingkat keasaman atau pH merupakan ukuran konsentrasi ion hidrogen dari larutan. Air dikatakan basa apabila pH lebih dari 7 dan dikatakan asam apabila pH kurang dari 7. Secara ilmiah pH suatu perairan dipengaruhi oleh konsentrasi karbondioksida dan senyawa yang bersifat asam. Pada siang hari fitoplankton dan tanaman air mengkonsumsi CO2 dalam proses fotosintesis yang menghasikan O2, dalam air mengkonsumsi O2 dalam proses respirasi yang menghasilkan CO2, bahwa pH turut mempengaruhi kehidupan ikan, pH air yang mendukung bagi kehidupan ikan berkisar 6,5- 7,5.pH air yang kurang dari 6 atau lebih dari 8,5 perlu diwaspadai karena mungkin ada pencemaran diperairan tersebut, hal ini juga dapat menyebabkan terjadinya gangguan metabolisme dan respirasi ikan.

1.1 Cara mengukur pH

Sel elektrokimia untuk pengukuran pH selalu terdiri dari elektroda penunjuk, yang potensinya berbanding lurus dengan pH, elektroda referensi, yang potensinya tidak tergantung pada pH, dan sampel berair yang akan diukur. Jika ketiga bagian bersentuhan satu sama lain, potensi dapat diukur antara elektroda yang menunjukkan dan elektroda referensi, yang tergantung pada pH sampel dan suhunya.

1 10−3 milli (0,001)
10−6 micro (0,000 001)
10−9 nano (0,000 000 001)
10−12 pico (0,000 000 000 001)
10−15 femto (0,000 000 000 000 001)
2 MS = mass spectroscopy
GC = gas chromatography
ICP = Inductively Coupled Plasma

Karena kerumitan pengukuran pH, kombinasi indikator elektroda dan referensi harus dikalibrasi terlebih dahulu, untuk mengimbangi sedikit perubahan dari waktu ke waktu.

Hubungan antara potensi diukur E (mV), pH dan suhu (K) adalah Gambar 5.

Gambar.5

Gambar 6 Persamaan Nernst (termasuk definisi pH)

                                                                        Gambar.6
dimana :

E (T)   : Potensi mV diukur pada suhu T (Kelvin)
E ° (T) : Konstan, potensial potensial mV pada suhu T (Kelvin)
2.303   : Faktor untuk mengkonversi ln ke log
R         : Konstanta gas molar (8,3144 J mol – 1 K – 1)
n         : Mengisi ion
F         : Konstanta Faraday 96485 C mol – 1
T         : Temperatur K (Kelvin)
Oleh karena itu pada suhu tertentu (konstan) potensi larutan tergantung pada pH hanya.Gambar 6 dapat dilihat sebagai rumus standar untuk garis lurus Y = a + b X, di mana a adalah offset dan b adalah kemiringan garis. Dalam kasus Gambar 6 offset adalah E ° (T) dan kemiringannya adalah tergantung faktor suhu:

Gambar 7 Pengaruh suhu pada kemiringan (slope) Nernst dari kalibrasi pH

Gambar.7

2.Teori ORP (Oxidation Reduction Potential)

Potensi Pengurangan Oksidasi (ORP atau Redox-Potential) adalah ukuran kapasitas sistem air untuk melepaskan atau mendapatkan elektron dari reaksi kimia. Proses oksidasi melibatkan kehilangan elektron sementara reduksi melibatkan mendapatkan elektron.
Dari sudut pandang pengolahan air, ORP sering digunakan untuk mengendalikan desinfeksi air dengan klorin dan klorin dioksida, mis. di menara pendingin, kolam renang, persediaan air portabel, dan aplikasi air lainnya. Studi telah menunjukkan bahwa rentang hidup bakteri dalam air sangat tergantung pada nilai ORP.

2.1 Sensor ORP

Pengoperasian sensor ORP sangat mirip dengan sensor pH kecuali bahwa ia menggunakan setengah sel logam inert (biasanya platinum) alih-alih setengah sel membran kaca sensitif pH. Sistem dua elektroda digunakan untuk melakukan pengukuran potensiometri. Elektroda platinum berfungsi sebagai donor elektron atau akseptor elektron tergantung pada larutan uji. Referensi elektroda digunakan untuk memasok output stabil konstan untuk perbandingan. Kontak listrik dari setengah sel referensi dibuat dengan larutan elektrolit (mis. Larutan KCl kalium jenuh) melalui diafragma restriktif.
Perilaku elektroda dijelaskan oleh persamaan Nernst:

dimana :
E = Potensi terukur (mV) antara platinum dan elektroda referensi
Eo = Potensi terukur (mV) antara platinum dan elektroda referensi pada a
konsentrasi Cox = Cred
R = Konstanta gas universal (R = 8,314 J mol – 1 K – 1)
T = Suhu dalam K (Kelvin), di mana T (K) = 273,15 + t ° C dan t adalah suhu
solusi terukur
F = Konstanta Faraday (96485 C mol – 1)
n = Muatan listrik ion
Cox = Konsentrasi oksidan dalam mol / L
Cred = Konsentrasi reduktan dalam mol / L.

Platinum biasanya digunakan sebagai sensor penunjuk dan potensi diukur terhadap referensi elektroda, biasanya Ag / AgCl. Logam mulia lainnya juga dapat digunakan, seperti Emas atau Perak.
Potensi ORP bergantung pada suhu dan oleh karena itu suhu harus dicatat dengan setiap pengukuran agar dapat membandingkan dua nilai ORP.
Catatan: Biasanya tidak ada faktor koreksi suhu yang tersedia dalam meter ORP. Pengukuran ORP sering bergantung pada pH, mis. klorin ada dalam larutan sebagai asam hipoklorit (HOCl) dan tergantung pada pH HOCl ini dapat memberikan lebih banyak atau lebih sedikit klorin bebas. Pada nilai pH yang lebih rendah terbentuk lebih banyak klorin.
Pengukuran ORP lambat dibandingkan dengan pengukuran pH. Sementara nilai pH dapat diperoleh dalam hitungan detik, nilai ORP yang stabil dapat memakan waktu hingga beberapa menit jika tidak berjam-jam untuk mencapai keseimbangan akhir. Perilaku ORP sangat dipengaruhi oleh kondisi permukaan platinum. Elektroda ORP baru tanpa syarat akan menunjukkan nilai yang berbeda dari probe ORP "sedang digunakan"

Alat Ukur pH

Berikut adalah alat-alat yang digunakan untuk mengukur pH :

1.Kertas Lakmus

untuk mengukur pH air anda bisa memanfaatkan alat yang mudah dan sederhana yaitu kertas lakmus. Kertas lakmus ini dapat digunakan sebagai alat pengukur pH air non elektronik yang dimaksud dengan non eletronik disini adalah pengukuran yang dilakukan hanya dengan melihat warna kita sudah dapat mengetahui kualitas pH tersebut Asam atau Basa? . Dengan keunggulan bila didalam air banyak lumpur atau kondisi air yang keruh dan bisa dijadikan sebagai alat untuk mengukur pH air yang lebih akurat ketika didalam air terdapat banyak lumpur.

Hanya saja kekurangannya yaitu kita tidak dapat mengetahui nilai pH secara angka atau nilai pasti dengan kata lain kertas lakmus ini hanya mampu untuk melakukan pengukuran kualitatif .

Untuk menggunakannya anda hanya tinggal memasukkan kertas lakmus ke dalam air sekitar 5 menit kemudian anda tinggal mengangkat kertas lakmus dari dalam air dan lihat kadar pH nya. Setelah itu anda bisa mencocokkannya dengan skala pada tempat kertas lakmus. Kemudian anda bisa mengamati perubahan pada kertas lakmus secara seksama yakni:

Warna hijau berarti basa kuat
Warna merah berarti asam kuat
Warna kuning berarti pH netral yang berarti basa dan asam dalam kondisi seimbang yakni 5,5 hingga 6,5

2.pH Meter

Gambar.pH meter Digital

Untuk mengukur kadar pH suatu zat cairan selain menggunakan kertas lakmus dengan berkembangnya teknologi dari tahun ke tahun saat ini kita sudah bisa mengukur kadar pH dengan angka pasti ( Digitalisasi ) dengan pH meter digital yang semakin memudahkan kita dalam melakukan pengukuran ataupun analisa suatu zat cair , setelah theory yang sudah saya sampaikan diatas pastinya sahabat semua udah tau yah perbedaan yang signifikan antara kertas lakmus dengan pH meter digital , berikut sedikit saya rangkum tentang perbandingan kedua alat tersebut :

Cara menggunakan ph Meter air digital yaitu,

Ambil sampel air yang mau di ukur kadar pHnya (letakkan dalam wadah).
Nyalakan dengan menekan tombol on pada pH meter.
Masukkan pH meter ke dalam wadah yang berisi air yang akan di uji.
Pada saat di celupkan ke dalam air, skala angka akan bergerak acak.
Tunggu hingga angka tersebut berhenti dan tidak berubah-ubah.
Hasil akan terlihat di display digital.

#Calibration#Quality#Metrology#ISO#Measurement#Testing#Instrumentation,
Standrd#viscosity#spektroskopi#uncertainty#Comparison#Simulation,

sekian dulu sharing kita kali ini mohon maaf apabila banyak kekurangan dalam penulisannya dikarenakan keterbatasan saya , next saya akan sambung lagi post tentang system / cara kerja PH + Reference Electrode & cara perawatannya , terima kasih bagi sahabat calmet yang sudah berkunjung 😄 wassalamu'alaikum warahmatullah wabarakatuh.

Kalibrasi & Metrology