해피레포트 - [분석화학실험] ph meter의 측정원리

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보고서설명
• pH 센서가 용액내의 H+ 이온의 농도에 감응한다는 사실을 바탕으로 용액이 산도 및 알칼리도를 측정 • 용액의 온도에 의한 영향, 용액의 조성 그리고 용해되지 않은 물질들이 들러붙는 현상들을과 같이 고려해야할 인자들이 매우 많다는 것을 알 수 있다. • 측정시마다 교정을 하면 결과값의 정밀도를 높이고 센서의 결함도 찾아낼 수 있다.

본문일부/목차
관련 이론 • pH는 1909년 덴마크의 SØrensen에 의하여 수소이온 농도의 역수의 대수로서 최초로 정의 되었다. 이 정의에 의하면 0.1mol dm-3 HCl의 pH는 1이 되어야 하지만, 25℃의 0.1mol dm-3 HCl의 pH 를 정확하게 조정된 pH미터로 측정해보면 1.088이다. 따라서 SØrensen이 정의한 pH는 현재에는 pcH (= -log[H+])로 나타내고, pH는 다음과 같이 정의된다. pH = -logaH = -log[H+] - logyH 여기서 aH는 수소이온의 활동도, [H+]는 수소이온의 농도, 그리고 yH는 수소이온의 활동도 계수 • pH를 측정하는 가장 기본적인 전극은 SØrensen이 pH를 정의할 때에 사용한 수소 전극이다. 그런데 이 전극을 사용하기 위해서는 수소기체가 있어야 하기 때문에 그 발생장치가 필요하고, 인화ㆍ폭발에 대한 안전대책도 필요하므로 일상적으로 측정하기에는 편리한 전극이 아니다. 또한 시료용액 중에 산 화성 혹은 환원성이 있는 물질이 있으면 수소전극의 표면에 여러가지 산화ㆍ환원반응이 일어나 전극전 위가 변해버린다. 이런 난점이 없고, 또한 수소이온에 응답하면서, 사용하기 쉬운 전극이 유리막의 전 극 즉 유리전극이다. 수소이온의 농도가 다른 용액사이에 유리막을 두면 막 양측의 용액 사이에 전위차가 생긴다. 이 현상은 1906년에 M. Cremer에 의해 보고되었고, 1920년대가 되어 많은 연구자들에 의해 상세히 연구되어 pH의 측정에 응용되게 되었다. • 수소 전극을 사용하든 유리전극을 사용하든 pH을 측정했을 때의 측정량은 이 전극과 기준전극(reference electrode)사이의 전위차이다. 기준전극의 내부전극은 유리전극의 내부전극과 같은 Ag -AgCl 혹은 칼로멜 전극을 사용하며, 내부액은 포화 KCl용액이다. 종래의 pH미 터에서는 유리전극과 기준전극이 따로 되어 있어 전극의 세척이 힘들고, 취급 및 운반이 불편하며, 시 료용액도 많이 필요했다. 이런 점을 개선하기 위해 전극을 하나로 묶어 만든 전극이 복합전극 (combination electrode) 이다. pH미터에 나타나는 기전력, E(mV)는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

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