Без кейворду

Порівняння калібрувальних буферів pH

Однією з найпоширеніших проблем рифових акваріумістів є рівень pH. У деяких акваріумах рН занадто високий, а в деяких занадто низький. У деяких рівень pH якраз правильний, але акваріуміст вважає, що це не так. У попередній статті, присвяченій вирішенню проблем з pH, і в другій статті, спеціально спрямованій на діагностику та вирішення проблем з низьким pH, я вказував, що першим кроком є забезпечення правильного вимірювання pH. Двома основними інструментами для вимірювання pH в акваріумах є pH-набори та pH-метри. У попередній статті я детально описав, як працюють рН-метри і як ними користуватися. Ця стаття розширює ту статтю, повідомляючи про результати тестів різноманітних комерційних калібрувальних буферів для рН-метрів, щоб визначити їх придатність для рифових акваріумістів.

На жаль, як показують наведені нижче результати, не всі комерційні калібрувальні буфери, що використовуються рифовими акваріумістами, є придатними. Неточності принаймні одного з брендів настільки значні, що роблять його більш ніж марним, потенційно змушуючи акваріумістів “вирішувати” проблеми, яких не існує, і, можливо, підвищуючи рівень pH в акваріумах до небажаних значень.

• Що таке pH?
• Навіщо контролювати pH?
• Допустимий діапазон pH
• Тестування калібрувальних буферів pH
• Інтерпретація результатів тестування pH
• Терміни придатності калібрувальних буферів
• “Калібрування” з використанням бури
• Як калібрувати і використовувати рН-метр
• Висновки

Хімічний параметр, який називається “pH”, є мірою кислотності акваріумної води. Поняття pH у застосуванні до морської води має безліч різних визначень. У системі, яку використовує більшість акваріумістів (система NBS, де NBS означає старе Національне бюро стандартів), pH визначається за допомогою рівняння 1:

де a_H “активність” іонів водню в розчині. Активність – це те, як хіміки вимірюють “вільні” концентрації. Таким чином, pH – це просто міра іонів водню (H +; протонів) у розчині. Однак для того, щоб зрозуміти більшість проблем з рН в морських акваріумах, різницю між активністю і концентрацією можна ігнорувати, і вважати, що рН безпосередньо пов’язаний з концентрацією H +:

де g _H просто константа (коефіцієнт активності; g _H = 1 в чистій прісній воді і ~0,72 в морській воді), яку ми також можемо ігнорувати для цієї мети.

У певному сенсі, все, що потрібно знати більшості акваріумістів, – це те, що рН є мірою водневих іонів у розчині, і що шкала є логарифмічною. Це означає, що при pH 6 є в 10 разів більше H +, ніж при pH 7, і що при pH 6 є в 100 разів більше H +, ніж при pH 8. Отже, невелика зміна pH означає велику зміну концентрації H + у воді.

Існує кілька причин для моніторингу рН в морських акваріумах. Одна з них полягає в тому, що водні організми процвітають лише в певному діапазоні рН. Цей діапазон, безумовно, варіюється від організму до організму, і тому нелегко обґрунтувати твердження, що будь-який конкретний діапазон є “оптимальним” для акваріума з багатьма видами. Навіть природна морська вода (pH = 8,0-8,3) не буде оптимальною для кожної істоти, що живе в ній, але було визнано більше вісімдесяти років тому, що відхід від pH природної морської води (наприклад, до 7,3) є стресом для риб. 1,2 Зараз є додаткова інформація про оптимальні діапазони рН для багатьох організмів, але цих даних вкрай недостатньо, щоб дозволити акваріумістам оптимізувати рН для більшості організмів, в яких вони зацікавлені. 2-6

Крім того, вплив рН на організми може бути прямим або непрямим. Наприклад, відомо, що токсичність таких металів, як мідь і нікель, залежить від рН для деяких організмів, присутніх в наших акваріумах. 7 Отже, діапазони рН, які є прийнятними в одному акваріумі, можуть відрізнятися в інших акваріумах, навіть для одних і тих же організмів.

Тим не менш, деякі фундаментальні процеси, що відбуваються в багатьох морських організмах, суттєво залежать від зміни рН. Одним з них є кальцифікація, і відомо, що кальцифікація в коралах залежить від зниження рН, оскільки рН падає. 8,9 Використовуючи цей тип інформації, а також інтегрований досвід багатьох любителів, ми можемо розробити деякі рекомендації щодо того, який діапазон pH є прийнятним для рифових акваріумів, і які значення вважаються “виходом за межі”.

Допустимий діапазон pH

Прийнятний діапазон pH для рифових акваріумів є скоріше думкою, ніж чітко окресленим фактом, і, безумовно, буде змінюватися в залежності від того, хто висловлює цю думку. Цей діапазон також може суттєво відрізнятися від “оптимального” діапазону. Однак обґрунтувати, що є оптимальним, набагато проблематичніше, ніж те, що є просто прийнятним, і ми зосередимося на останньому. В якості мети я б припустив, що рН природної морської води, близько 8,2, є прийнятним, але акваріуми, очевидно, можуть працювати в більш широкому діапазоні значень рН. На мою думку, діапазон рН від 7,8 до 8,5 є прийнятним для рифових акваріумів, з кількома застереженнями. До них відносяться:

1. Лужність повинна бути не менше 2,5 мекв/л, а бажано вище в нижній частині цього діапазону рН. Частково це твердження ґрунтується на тому, що багато рифових акваріумів прийнятно працюють в діапазоні рН від 7,8 до 8,0, але більшість найкращих прикладів цих типів акваріумів включають реактори з карбонатом кальцію/вуглекислим газом, які, хоча і мають тенденцію до зниження рН, підтримують карбонатну лужність на досить високому рівні (на рівні або вище 3 мекв/л). У цьому випадку будь-які проблеми, пов’язані з кальцифікацією при цих нижчих значеннях рН, можуть бути компенсовані більш високою лужністю.
2. Щоб рівень кальцію становив не менше 400 ppm. Кальцифікація ускладнюється при зниженні рН, а також ускладнюється при зниженні рівня кальцію. Не бажано штовхати крайнощі рН, лужності та кальцію одночасно. Тому, якщо pH знаходиться на низькій стороні і не може бути легко змінений (наприклад, в акваріумі з реактором CaCO 3 /CO 2), принаймні, переконайтеся, що рівень кальцію є прийнятним (~400-450 ppm).
3. Аналогічно, однією з проблем при більш високому рівні рН (вище 8,2, але стає все більш проблематичною з кожним наступним підвищенням) є абіотичне випадання карбонату кальцію (що призводить до падіння рівня кальцію і лужності, а також до засмічення нагрівачів і крильчаток насосів). Коли pH становить 8,4 або вище (як це часто буває в акваріумі, де використовується вапняна вода), переконайтеся, що рівень кальцію та лужності підтримується належним чином (тобто не є ані занадто низьким, що пригнічує біологічну кальцифікацію, ані занадто високим, що спричиняє надмірне абіотичне осадження на обладнанні).

Тестування калібрувальних буферів pH

Для того, щоб точно використовувати рН-метр для вимірювання рН, він ПОВИНЕН бути спочатку відкалібрований розчинами з відомим рН. Деякі поради щодо того, як найкраще виконати це завдання, наведені нижче в цій статті. Одне з припущень при калібруванні рН-метра полягає в тому, що калібрувальні буфери, які використовуються, є точними. На жаль, комерційні буфери не завжди відповідають цій вимозі точності.

Для того, щоб перевірити деякі з комерційних буферів, які найчастіше використовуються акваріумістами, я організував тест багатьох торгових марок, які найчастіше використовуються акваріумістами. Деякі з них я придбав у місцевому рибному магазині (LFS), а інші – у трьох найбільших онлайн-продавців акваріумних товарів. У більшості випадків буфери були придбані у двох або трьох різних постачальників, щоб гарантувати, що результати відображають те, що є загальнодоступним, і щоб уникнути специфічних проблем з постачальниками (наприклад, старі продукти). Я також протестував деякі лабораторні бренди, які я отримав від компанії з постачання лабораторій (LSC), а також деякі нерозкриті, але старі (з вичерпаним терміном придатності) буфери для калібрування рН. Проблеми з термінами придатності обговорюються далі в статті.

Я вирішив показати назви брендів, які здаються досить точними для типових цілей рифового акваріума. Я вирішив не називати дві марки, які я вважаю недостатньо точними для використання в якості стандарту. Один з них був грубо неточним, і міг привести до серйозних проблем, якщо його буфери були використані для визначення і подальшого “виправлення” рН в рифовому акваріумі (або в реакторі CaCO 3 /CO 2).

Для виконання тестів я використовував pH-метр/контролер Chemcadet від Cole Parmer (рис. 1). Електрод рН, який я використовував, був “новим” (тобто невикористаним, але виготовленим кілька років тому) Orion 9256 BN, який має епоксидний корпус і внутрішній електрод порівняння Ag/AgCl (рис. 2). Перед використанням він був заповнений 4 М KCl, насиченим AgCl, і замочувався в розведеній воді для рифових акваріумів протягом трьох тижнів. Всі тести проводили при температурі 22-23ºC. Температурний режим рН-метра був встановлений і залишався на рівні 22ºC протягом усього тестування.

Рисунок 1. pH-метр/контролер Chemcadet.

Рисунок 2. Оріон 9256 BN pH-електрод.

Одне з питань, яке виникає при тестуванні рН-буферів, полягає в тому, як забезпечити правильне калібрування вимірювача в першу чергу. Я вирішив використовувати окремі пакети калібрувальних буферів pH 7 і 10 від компанії Thermo (раніше відома як Orion), яка користується високою довірою серед виробників лабораторних приладів. Я використовував ці буфери для калібрування вимірювача, як показано у двох верхніх рядках таблиці 1. Температура підтримувалася на рівні 22-23ºC, що, згідно з таблицею на упаковці з буфером, повинно давати значення рН близько 7,00 і 10,04, і це значення, на яке був відкалібрований вимірювач.

Оглядаючись назад, цей метод калібрування видається прийнятним вибором, оскільки більшість інших марок досить добре відповідали результатам, отриманим при цьому калібруванні (показано зеленим кольором у таблицях). Я вважаю різницю близько 0,1 одиниці pH неважливою для рифового акваріуміста, в той час як різниця в 0,1-0,2 стає значною. Різниця більше 0,25 одиниць рН – це вже занадто, на мій погляд. Найгірші зразки виявилися далеко за межами можливої випадкової похибки (виділені в таблицях червоним кольором).

Тестування всіх цих зразків зайняло кілька годин. За цей час, безумовно, можливо, що рН-метр дрейфував. Насправді, я вважаю, що це сталося, як показано нижче. З цієї причини дані в таблицях 1 і 2 наведені в хронологічному порядку, в якому були проведені випробування. Приблизно в середині періоду випробувань значення рН оригінальних калібрувальних рідин рН 7 і 10 були повторно виміряні (показання рН 6,92 і рН 9,92). Хоча я міг би перекалібрувати вимірювач, я вирішив цього не робити, оскільки калібрувальні рідини могли змінитися під впливом повітря (малоймовірно, але можливо). Замість цього, вимірювання, зроблені в кінці таблиці 2, ймовірно, трохи нижчі за фактичні значення, і будь-яка інтерпретація повинна враховувати цю ймовірність. Загалом, помилки, які стосуються типового акваріуміста, є більшими, ніж цей рівень дрейфу, і я вважаю, що це неважливо для остаточного аналізу.

Таблиця 1. Заявлений та виміряний рН комерційних калібрувальних буферів pH 4 та 10 Тести були проведені в січні 2005 року.

Source: reefkeeping.com