pH 측정 원리와 pH meter 원리 - Part 7 -
해당 글은 Naver Blog : pH 7st 에서도 확인할 수 있습니다.
5. pH Calibration(pH 보정)
pH meter을 이용하여 pH을 측정하기 위해서는 그림6과 같이 pH와 mV의 상관성이 있는 검량선을 만들어야 하는데, 이러한 작업의 일련의 과정을 pH calibration 즉 pH 보정이라고 합니다. 이러한 보정작업은 pH meter을 사용할 때에는 반드시 수행한 후 사용하여야 합니다. pH 보정을 위해서 일반적으로 완충용액(pH buffer 용액)을 사용하며, 측정하고자 하는 시료가 산성인 경우에는 pH 7과 4, 시료가 염기성인 경우에는 pH 7과 10의 2종류의 완충용액을 사용하여 보정을 수행하는데, 간혹 pH 7 완충용액 대신에, pH 6.86 용액을 사용하기도 합니다. 일반적으로 pH 보정을 수행하는 경우, 측정하고자 시료의 pH에 가장 근접한 완충용액을 사용하는 것이 좋습니다.
pH 보정작업을 통하여, pH 전극의 상태를 점검할 뿐만 아니라, 정확한 보정을 통하여 시료의 정확한 pH 값을 측정할 수 있습니다.
일반적으로 pH 보정을 수행하게 되면, 아래의 그림과 같이 사용하는 pH 전극의 Slope와 Zero point 값을 구할 수 있습니다.
5.1 Zero Point(=Asymmetry potential)
Zero Point(=Asymmetry potential) 값은 25℃(=298.15K)의 온도에서 pH 7 완충용액을 측정한 경우의 mV 값을 의미하며, 이론적인 값은 0 mV 입니다. 이러한 이유는 여섯번째 포스팅에서 언급한 것과 같이 전극내부에 pH 7 충진물질이 들어있기 때문에 pH 7 완충용액과 동일한 전위(mV)을 가지므로, 전위차가 없어야 합니다. 그러나 전극 내부와 외부의 미세한 온도차이, 유리막의 저항, 각 전극이 가지는 특성에 의해서 일정 부분 차이를 가지는데, 일반적으로 그 차이는 ±30mV 이내이어야 합니다.
이러한 기준은 pH 전극 제조사 또는 모델에 따라서 약간은 다른 기준을 적용하지만, 앞에서 언급한 Metrohmt사의 pH 전극의 경우, 25℃ 기준으로 Zero point 값은 mV 값으로는 -30~30mV, pH 값으로는 6.5~7.5 사이에 있어야 합니다. 일반적으로 이 범위를 벗어나게 된다면, glass membrane의 오염이 의심되며, 세척이나 재생과정을 수행한 경우에도 동일한 값을 보인다면, 전극을 교체하여야 합니다.
5.2 Slope(=Electrode Slope, Nernst Slope)
Slope(=Electrode Slope, Nernst Slope) 값은 25℃의 온도에서 pH가 1 단위 변화하는 경우의 mV 값의 변화량을 의미하여, 이론적인 값은 0.05916V(59.16mV) 입니다. 전극 내부와 외부의 미세한 온도차이, 유리막의 저항, 각 전극이 가지는 특성에 의해서 일정 부분 차이를 가지게 됩니다. Metrohm 사의 pH 전극의 경우, 25℃ 기준으로 Slope은 56.20 ~ 60.93mV 이며, 한 눈에 쉽게 알아보기 위하여, 59.16mV을 기준하여, 그 차이를 %로 표시하며, 그 기준은 95~103% 입니다.
일반적으로 이 범위를 벗어나게 된다면, Diaphragm의 손상, 기타 다른 요인들이 있으며, 전극의 세척이나 재생과정을 수행한 후에도 범위를 벗어난다면, 전극을 교체하여야 합니다.
5.3 pH Calibration (pH 보정)
일반적으로 처음으로 pH meter을 구입한 후 사용할 경우, 장비의 내부에는 위에서 언급한 Zero Point(=Asymmetry potential)과 Slope(=Electrode Slope, Nernst Slope)값이 저장되어 있는데, 그 값은 이론적인 값으로 저장되어 있습니다. ( Zero Point = 0, Slope = 100% )
하지만 이 값은 이론적인 값이므로, 실제로 전극의 상태나 온도 등의 여러 요인을 감안한 실제의 값들이 필요하므로, 반드시 pH 보정을 수행하여야 합니다. 그리고, 측정에 사용되는 pH 전극을 사용함에 따라서 전극의 상태 등이 변화하므로, 그 상태를 정확하게 파악, 유지하여야 정확한 pH을 측정할 수 있으므로, 정기적으로 pH 보정을 수행하여야 합니다.
먼저 깨끗하게 세척된 pH 전극을 Buffer 7 용액에 담궈서 pH 보정을 수행합니다. 이 때 온도센서가 내장된 pH 전극의 경우, 온도가 자동으로 측정되어서 보정되지만, 온도를 측정할 수 없는 전극의 경우, 반드시 외부의 온도 측정 장치를 이용하여 buffer 용액의 온도를 측정하여서, 입력해 주어야 합니다. Buffer 7 용액을 측정한다는 것은 Zero point 값을 측정하는 것을 의미합니다. 두 번째 Buffer 용액의 경우, 측정하고자 하는 시료의 액상이 산성인 경우, Buffer 4 용액을, 염기성 인 경우 Buffer 10 용액을 사용하여, Slope 값을 구할 수 있습니다. Buffer 7 용액의 측정이 완료된 후, pH 전극을 깨끗하게 세척한 후, Buffer 4 또는 10 용액에 담궈서 측정을 수행합니다. 측정이 완료가 되면, 즉 보정이 끝나게 되면, Metrohm 장비인 경우, pH(as)값과 Slope 값이 표시가 되며, pH 보정이 자동으로 완료가 됩니다.
만약 pH 보정의 결과가 pH(as) = 6.957, Slope = 0.992(99.2%)가 나왔다면, 이 값으로 현재 pH 전극의 상태를 확인할 수 있습니다. 위에서 이미 언급한 것과 같이 pH(as) 값은 6.5~7.5 사이에 pH(as) 값이 있고, Slope 값 또한 95~103% 사이에 있으므로, 이 전극은 정상이라고 판단할 수 있습니다.
pH(as)=6.957로 측정되었으므로, pH=7 값과 pH=0.043 차이가 나며, 이 값은 pH을 측정하는 동안 자동으로 보정되어지는 보정값으로 사용됩니다. 즉, pH=6.957로 측정된다면, 이 값을 pH=7로 인지하겠다는 것을 의미합니다.
이론적으로는 pH=1 단위가 변화할 때 100%(=59.16mV/pH) 즉 59.16mV가 변화된 다는 것을 의미하지만, Slope 값이 0.992(99.2%)로 측정되었으므로, pH=1 단위가 변화할 때, 99.2%(=58.69mV) 즉 58.69mV/pH가 변화하는 것을 의미합니다.
아래의 그림과 같이 pH 보정이 완료가 되면, 현재 전극의 상태가 고려된 검량선이 그려지게 되고, 차후의 pH 측정에 보정된 결과가 적용됩니다.
 |
| pH 보정과 시료 용액의 pH 측정 |
5.4 pH Calibration (pH 보정)의 Tip
1) 항상 깨끗한 상태의 Buffer 용액을 사용
- Buffer 용액을 장시간 보존하게 되면, pH가 변화할 수 있습니다. 이런 경우 새롭게 조제 또는 구매한 완충용액과 비교하여서 그 적부 여부를 확인해서 사용하여야 합니다. 일반적으로 완충용액이 변성되는 것은 유기성분에 박테리아가 작용하기 때문이며, 한번 대기 중에 방치했던 완충용액은 다시 사용하지 않습니다.
2) pH 보정을 수행할 경우, 완충용액의 정확한 온도 측정 및 보정이 필요
- 앞에서 언급한 것과 같이 pH 전극은 용액 중의 mV 값을 측정하여, 검량선에 의해서 pH 값을 보여주는 방식입니다. 용액 중의 mV 값은 용액의 온도에 따라서 변화하기 때문에, 정확한 온도을 측정하여, 온도 보정을 수행하여야 합니다. 이러한 이유로 pH 전극에 온도 센서가 장착된 형태를 사용할 것을 권장합니다.
또한 측정하고자 하는 시료와 완충용액의 온도를 일치시키는 것이 좋습니다. 일반적으로 시료와 완충용액의 온도는 ±1℃ 이내로 하는 것이 좋습니다.
3) 반드시 2 point calibration을 수행
- 만약 하나의 완충용액을 이용한 1 point calibration을 수행한 경우, 정확한 slpoe을 측정할 수 없으므로, 정확성에 문제가 발생할 수 있습니다. 그러므로 반드시 2가지 이상의 완충용액을 사용하여, 2 point 또는 3 point calibration을 수행하여야 합니다.
4) 용액의 교반속도 및 교반 여부
많은 실험자들이 pH 보정을 수행하는 경우, 완충용액을 교반없이 정치된 상태에서 수행을 합니다. 하지만 정확한 pH 측정을 위해서는 교반 여부 및 교반 속도가 매우 중요합니다.
만약 사용자가 측정할 시료가 교반이 필요없이 정치된 상태에서 측정을 하여도 무방한 시료라면, pH을 보정할 경우에도 완충용액을 교반없이 수행하는 것이 좋습니다.
만약 사용자가 측정할 시료가 반드시 교반이 필요한 시료라면, pH을 보정하는 동안 완충용액을 교반하는 것이 좋으며, 그 교반속도 또한 동일하게 하는 것이 좋습니다.
링크를 클릭하면, Metrohm(메트롬) Ion meter(이온미터)는 물론, Metrohm(메트롬) pH meter, 전도도측정기, 산화안정측정장치와 관련된 다양한 제품들의 정보를 확인할 수 있습니다.
.jpg)
.jpg)
