Химия аквариума: Измерение pH с помощью измерительного прибора

Один из самых распространенных вопросов, волнующих рифовых аквариумистов, – это pH. В некоторых аквариумах pH слишком высокий, в других – слишком низкий. В некоторых pH просто правильный, но они об этом не знают. Первый шаг в решении этой проблемы Златовласки – убедиться, что вы правильно измеряете pH. Два основных способа измерения pH в аквариумах – это использование наборов для измерения pH и использование pH-метров. В этой статье описано, как работают pH-метры, как их выбрать и как лучше использовать для измерения pH в рифовом аквариуме.

В предыдущей статье я подробно описал, как решить наиболее распространенные проблемы с рН. 1 Некоторые из приведенных ниже вводных разделов были взяты из той статьи (в упрощенном виде). Однако для получения подробной информации о том, как решить проблемы с рН, следует обратиться к оригинальной статье.

Поскольку в этой статье собраны разделы от простых и практических до подробных и теоретических, приведенное ниже оглавление может помочь тем, кто интересуется только некоторыми аспектами работы рН-метров.

Оглавление

• Что такое pH?
• Зачем нужно измерять pH?
• Приемлемый диапазон рН
• Как работает рН-метр
  • Чувствительный электрод pH
  • Контрольный электрод

  Что такое pH?

  pH – это показатель кислотности воды в аквариуме. Понятие pH в морской воде имеет множество различных определений. В системе, используемой большинством аквариумистов (система NBS, где NBS означает старое Национальное бюро стандартов), pH определяется уравнением 1:

  где a_H это “активность” ионов водорода в растворе. Активность – это способ, которым химики измеряют “свободную” концентрацию. Таким образом, pH – это просто мера содержания ионов водорода (H + ; протоны) в растворе. Однако для понимания большинства проблем, связанных с pH в морских аквариумах, разницей между активностью и концентрацией можно пренебречь, и считать, что pH напрямую связан с концентрацией H+ :

  где γ_H просто константа (коэффициент активности; γ_H = 1 в чистой пресной воде и ~0,72 в морской воде), которую мы также можем игнорировать для этой цели.

  В некотором смысле, все, что нужно знать большинству аквариумистов, это то, что pH – это мера содержания ионов водорода в растворе, и что шкала логарифмическая. То есть, при pH 6 в 10 раз больше H+, чем при pH 7, а при pH 6 в 100 раз больше H+, чем при pH 8. Следовательно, небольшое изменение pH может означать большое изменение концентрации H+ в воде.

  Зачем нужно измерять pH?

  Существует несколько причин, по которым необходимо контролировать pH в морских аквариумах. Одна из них заключается в том, что водные организмы процветают только в определенном диапазоне pH. Этот диапазон, конечно, варьируется от организма к организму, и нелегко обосновать утверждение, что какой-то конкретный диапазон является “оптимальным” для аквариума с большим количеством видов. Даже природная морская вода (pH = 8,0 – 8,3) не будет оптимальной для всех живущих в ней существ, но более восьмидесяти лет назад было признано, что отход от pH природной морской воды (например, до 7,3) является стрессом для рыб.2 В настоящее время имеется дополнительная информация об оптимальных диапазонах pH для многих организмов, но этих данных крайне недостаточно, чтобы позволить аквариумистам оптимизировать pH для большинства организмов, в которых они заинтересованы. 3-7

  Кроме того, влияние pH на организмы может быть прямым или косвенным. Например, известно, что токсичность таких металлов, как медь и никель, зависит от pH для некоторых организмов, присутствующих в наших аквариумах (таких как мизиды и амфиподы). 8 Следовательно, диапазоны pH, приемлемые в одном аквариуме, могут отличаться от таковых в других аквариумах, даже для одних и тех же организмов.

  Тем не менее, существуют некоторые фундаментальные процессы, происходящие во многих морских организмах, на которые существенно влияют изменения pH. Одним из них является кальцификация, и известно, что кальцификация у кораллов зависит от pH, причем при понижении pH она снижается.9-10 Используя подобную информацию, а также интегрированный опыт многих любителей, мы можем разработать некоторые рекомендации о том, какой диапазон является приемлемым для рифовых аквариумов, а какие значения превышают допустимые пределы.

  Приемлемый диапазон рН

  Приемлемый диапазон pH для рифовых аквариумов – это скорее мнение, чем четко установленный факт, и, конечно, он будет варьироваться в зависимости от того, кто высказывает это мнение. Этот диапазон также может значительно отличаться от “оптимального” диапазона. Однако обоснование того, что является оптимальным, гораздо более проблематично, чем того, что является просто приемлемым, и мы сосредоточимся на последнем. В качестве цели я бы предположил, что pH природной морской воды составляет около 8,2, но аквариумы могут работать в более широком диапазоне значений pH. По моему мнению, диапазон pH от 7,8 до 8,5 является приемлемым диапазоном для рифовых аквариумов, с несколькими оговорками. К ним относятся:

  1. Щелочность должна быть не менее 2,5 мэкв/л, а лучше выше в нижней части диапазона pH. Отчасти это утверждение основано на том, что многие рифовые аквариумы достаточно эффективно работают в диапазоне pH 7,8-8,0, но большинство лучших примеров таких аквариумов включают реакторы карбоната кальция/углекислого газа, которые, хотя и снижают pH, поддерживают щелочность карбоната на достаточно высоком уровне (на уровне или выше 3 мэкв/л.). В этом случае любые проблемы, связанные с кальцификацией при таких более низких значениях pH 11, могут быть компенсированы более высокой щелочностью.
  2. Чтобы уровень кальция составлял не менее 400 ppm. Кальцификация становится более трудной при снижении pH, и она также становится более трудной при снижении уровня кальция. 11 Нежелательно одновременно достигать всех крайних значений pH, щелочности и кальция. Поэтому, если pH находится на низкой стороне и не может быть легко изменен (например, в аквариуме с CaCO₃/CO₂ реактором), по крайней мере, убедитесь, что уровень кальция находится на приемлемом уровне (~400-450 ppm).

  Рисунок 1: Типичный pH-метр, соединенный кабелем с комбинированным pH-электродом. В данном примере это рН-метр марки Pinpoint, продаваемый компанией American Marine.

  Принцип работы рН-метра

  На самом деле рН-метр – это довольно сложное устройство. Он состоит из двух основных частей: pH-электрода и электроники самого прибора. Часто это разные устройства, соединенные кабелем, как показано на рис. 1 для измерителя и зонда, продаваемого компанией American Marine (бренд Pinpoint). В качестве альтернативы, менее дорогие модели часто объединяют зонд и измеритель в одно устройство, как, например, Oakton pHTestrTM 1, показанный на рисунке 2.

  Комбинированные pH-электроды, используемые в обеих этих системах, фактически содержат внутри себя два разных электрода (отсюда и слово “комбинированный”). Один из них – электрод сравнения, который не изменяет напряжение, а просто устанавливает стандартный уровень напряжения, с которым сравнивается чувствительный электрод. Более подробно этот электрод описан ниже. Второй электрод чувствителен к pH. Именно разность напряжений между этими двумя электродами считывается измерителем и преобразуется в pH.

  Чувствительный электрод pH

  Обычный стеклянный рН-чувствительный электрод состоит из непроводящего стеклянного или эпоксидного цилиндра с проводящей стеклянной колбой на конце. Когда стеклянная колба помещается в раствор, она становится более или менее заряженной снаружи, в зависимости от pH. Точные детали этого процесса не важны для понимания аквариумистами, но ниже приведено некоторое обсуждение для тех, кто любит действительно понимать, как все работает.

  Рисунок 2: Типичный портативный pH-метр, в котором зонд встроен в сам прибор. В данном случае это pHTestrTM 1, продаваемый компанией Oakton.

  Существуют и другие типы рН-электродов. Например, один тип включает в себя ионочувствительный полевой транзистор (ISFET). Сегодня они довольно редко встречаются, но в будущем могут стать более распространенными. Их преимущество в том, что они более прочные, чем стеклянные электроды, и могут реагировать на изменения pH гораздо быстрее. Для их работы необходимо питание, поэтому для использования с обычным pH-метром требуется специальный адаптер питания. Кроме того, они довольно дороги и вряд ли встретятся любителям, разве что в каталогах научных товаров.

  При подготовке этой статьи я был расстроен тем, что мне было так трудно понять то, что, как мне казалось, должно быть достаточно простым: стеклянные pH-электроды. В конце концов, оказалось, что настоящее понимание pH-электродов на молекулярном уровне все еще является активной областью исследований. Поэтому, несмотря на их широкое применение, детальные физико-химические процессы, происходящие в них, остаются довольно неясными.

  Стекло, используемое в pH-электроде, имеет состав, включающий определенные металлы в дополнение к обычному кремнию и кислороду стекла SiO2. Эти металлы могут включать литий, барий, лантан, натрий и кальций, среди прочих. На внутренней и внешней поверхности стеклянной колбы (а также в тонкой (50 нм) набухшей области гидратированного стекла с каждой стороны) происходит некоторое замещение H+ на эти катионы. Степень замещения зависит от количества H+ в растворе и, следовательно, от pH. Внутренний pH не меняется, но меняется внешний pH, поэтому количество замещения на внешней поверхности меняется, а на внутренней – нет, создавая разность потенциалов на стеклянной мембране, которая зависит от pH.

  Как именно происходит это замещение и преобразуется в потенциал на стеклянной мембране – вот где начинаются неопределенности. Механизмы были впервые предложены в 1960-х годах, но наше понимание этого процесса продолжает развиваться и сегодня.12-16 Нижеследующее обсуждение представляет собой мое предельное понимание этого сложного процесса.

  Некоторые атомы кислорода в стекле не полностью связаны с кремнием. Оставшаяся силоксигруппа (Si-O-) может быть связана либо с катионным металлом (натрий, литий и т.д.), либо с протоном (H+ ). При связывании с протоном образуется нейтральный силанол (Si-OH). Когда он связан с другими катионами, он образует ионный комплекс, например, Si-O- Na+ . Этот ионный комплекс, находясь на поверхности стекла, может частично диссоциировать на отрицательно заряженную поверхность и положительно заряженный “слой” ионов непосредственно у поверхности твердого тела. Это разделение схематически показано на рисунке 3.

  В результате диссоциации поверхность остается с чистым отрицательным зарядом. Степень, в которой это происходит, зависит от концентрации Si-O- Na+ и родственных видов. Поскольку pH изменяет относительную концентрацию этих видов, потенциал связан с pH в растворе.

  Такое разделение зарядов между поверхностью и ионами в растворе (часто называемое двойным электрическим слоем) приводит к возникновению потенциала, который можно считать напряжением. Подумайте об этом следующим образом. Представьте, что через мембрану проходит один длинный провод. В точке, где она пересекает поверхность стекла, существует электрическое поле, которое положительно в слое воды и отрицательно в стекле из-за преобладания заряженных ионов, присутствующих в каждом месте. Проволока испытывает это поле, поскольку поле действует на электроны, находящиеся в ней, отталкивая их от отрицательных зарядов и направляя к положительным. Вольтметр, подключенный к двум концам провода, сможет зарегистрировать напряжение. В этом описании есть еще один интерфейс на внутренней стороне стеклянной мембраны (там, где она контактирует с раствором, заполняющим электрод), но он фиксирован и не реагирует на pH, поскольку pH там неизменен.

  Рисунок 3: Схематическая диаграмма стеклянного pH-электрода. Электрический потенциал на поверхности стекла/воды, вызванный разделением ионов Si-O- и Na+, показан красным цветом для низкого и высокого pH.

  В действительности, никакого провода нет. Но через стеклянную мембрану проходит невероятно маленький ток. Поэтому стеклянная мембрана должна быть в некоторой степени проводящей. Внешний электрод сравнения на самом деле является лишь способом отправить этот крошечный ток в измеряемую воду, через стеклянную мембрану и обратно через внутренний провод pH-чувствительного электрода. Это также одна из причин, по которой обычные pH-электроды не справляются с определением pH в очень чистой (с низкой проводимостью) пресной воде: в ней недостаточно ионов, чтобы поддерживать даже этот крошечный ток.

  Контрольный электрод

  Существует множество различных электродов сравнения, которые могут быть использованы в комбинированных pH-электродах. Наиболее распространенным типом является хлорсеребряный электрод (Ag/AgCl электрод). Внутри такого электрода находится серебряная проволока, покрытая хлоридом серебра и окруженная раствором, насыщенным хлоридом калия. Реакция, задающая потенциал для этого электрода сравнения, выглядит следующим образом:

  3) AgCl(s) + e – → Ag(s) + Cl -.

  Потенциал этой реакции зависит только от концентрации хлорида в растворе для внутреннего заполнения. Использование насыщенного раствора хлорида калия (KCl) поддерживает постоянную концентрацию хлорида (при данной температуре), что делает его хорошим выбором в качестве электрода сравнения. Если жидкость, заполняющая стеклянный чувствительный pH-электрод, представляет собой насыщенный KCl (как это обычно и бывает), то электрод сравнения можно держать внутри стеклянной оболочки, и электрод выглядит как единое целое.

  Влияние температуры на измерение pH

  Существует два различных способа влияния температуры на измерение pH. Первый связан с фактическими химическими изменениями в измеряемом растворе. Кислоты, например, могут становиться сильнее или слабее при изменении температуры. Именно так калибровочные стандарты изменяют свой pH в зависимости от температуры (более подробно этот вопрос рассматривается ниже в разделе о калибровке). Если раствор имеет твердые частицы в контакте с ним (как в случае с насыщенной известковой водой в присутствии избытка твердых частиц), температура также может влиять на то, сколько кислоты или основания находится в растворе, влияя на pH, а сколько просто твердое вещество, сидящее на дне контейнера. Эти эффекты специфичны для каждого раствора, с которым вы столкнетесь, и нет ничего общего, что можно или нужно сделать с этим, кроме как знать, что это происходит.

  Второе влияние температуры – на сам pH-электрод. pH-электроды очень четко меняют свою реакцию при изменении температуры. Они сильнее реагируют на изменение pH при более высокой температуре, чем при более низкой. При 100 ºC они изменяют свой выходной потенциал на 74 мВ на единицу pH, а при 0 ºC – на 54 мВ на единицу pH. Поскольку pH-метры обычно стандартизируются при pH 7 (т.е. нулевое mv = pH 7), ошибка от разницы температур становится все больше и больше по мере удаления измеряемого pH от 7. Таким образом, это может быть тривиальным при измерении чего-то с pH 7,1, но очень важным при измерении чего-то с pH 10 (или при калибровке с буфером pH 10).

  Обычно существует три различных способа учета температуры. Первый – проводить измерения при температуре, близкой к той, при которой вы калибровали измерительный прибор (скажем, в пределах нескольких градусов). Второй – “сообщить” измерителю температуру (в цифровом виде или с помощью циферблата). Третий способ заключается в том, что некоторые измерительные приборы имеют температурный зонд, обычно называемый ATC, который вы вставляете в измерительный раствор. Этот зонд сообщает температуру обратно в измеритель, а измеритель делает все необходимые поправки (для данного типа температурного эффекта).

  Если вы используете один из этих трех способов решения проблем с температурой, вы получите достаточно точные показания.

  Выбор комбинированных pH-электродов

  Существуют сотни различных типов и видов pH-электродов. Они различаются по размеру, составу (обычно стеклянные или пластиковые стороны), форме, природе стеклянной мембраны (могут использоваться даже нестеклянные материалы), способу отделения мембраны от внутреннего заполняющего раствора (то есть, одинарный или двойной спай), герметичности или возможности пополнения внутренней жидкости, а также по ряду других параметров.

  Для большинства рифовых аквариумистов точный характер pH-электрода не имеет большого значения. Почти все они могут давать подходящие показания pH. Вот мое мнение о том, на что следует обратить особое внимание:

  1. Выбор электрода с эпоксидным, а не стеклянным корпусом уменьшит вероятность того, что вы случайно его разобьете. Стеклянная колба на наконечнике все еще очень хрупкая (я разбил многие), но колбу можно защитить пластиковым экраном, чтобы уменьшить вероятность поломки.
  2. Если вы собираетесь измерять pH непосредственно в аквариуме или отстойнике (а не в чашке с водой, взятой из аквариума), то ожидайте, что иногда весь электрод будет мокрым (случайно). Если это многоразовый тип, имеющий отверстие для добавления раствора (обычно KCl), то в электрод может попасть аквариумная вода. Это может сильно ухудшить производительность, испортив электрод сравнения. Поэтому выбор герметичного электрода может быть лучшим выбором.
  3. Некоторые утверждают, что электрод с двойным спаем предпочтительнее, и это, скорее всего, правда. Не вдаваясь в детали конструкции, можно сказать, что электрод с двойным спаем делает гораздо менее вероятным обмен ионами между аквариумом и наполняющим раствором через стеклянную колбу. Этот вариант может быть особенно важен, если вы используете внутренний электрод сравнения, отличный от Ag/AgCl. Например, если это каломельный электрод сравнения, то он содержит ртуть. Желательно не допускать попадания солей ртути в аквариум из-за ее токсичности, поэтому двойной спай в этом случае, вероятно, предпочтительнее. Аналогичным образом, желательно, чтобы натрий и другие ионы морской воды не попадали на электрод сравнения, и двойной спай предотвращает это в гораздо большей степени, чем одинарный спай. Этот аспект более важен, если вы оставляете электрод в аквариумной воде, чем если вы помещаете его в раствор для хранения после каждого использования. В общем, лучше иметь двойной спай, чем одинарный, но это может не привести к значительному улучшению измерений.
  4. Существуют и другие характеристики определенных электродов, которые могут сделать их более полезными в лабораториях, и, следовательно, оправдывают цены, которые легко варьируются до более чем 350 долларов за один только электрод. Однако использование таких электродов в рифовых аквариумах, скорее всего, не имеет существенных преимуществ. Не пугайтесь заявлений о том, что вам нужен специальный электрод для среды с высоким pH или высоким содержанием натрия. Это верно для наиболее точных измерений при высоком pH и высокой солености, но для аквариумной воды подойдет обычный электрод, и даже кратковременные измерения при высоком pH (например, в известковой воде) будут в порядке.

  Электрод, который я использую последние несколько лет, продается компанией Cole Parmer. Его каталожный номер U-59001-70. Он имеет эпоксидный корпус, герметичен и имеет двойной спай. Я не знаю точно, какой тип электрода сравнения в нем содержится, но я полагаю, что это Ag/AgCl. Его прейскурантная цена составляет 60 долларов.

  Калибровка и использование рН-метра

  Самым важным аспектом использования рН-метра является его правильная калибровка. Каждый прибор имеет несколько иной способ калибровки. Однако существует ряд общих правил, которые очень полезны:

  1) Любой аналитический метод, включая измерение pH, лучше всего калибровать с помощью стандартов, которые охватывают ожидаемый диапазон. Большинство аквариумистов калибруют pH-метры, используя два раствора с известным pH. Прибор, позволяющий использовать только один раствор, – очень плохой выбор. При использовании двух растворов для калибровки pH-электрода для использования в морском аквариуме один из них должен быть ниже 8,0 (обычно 7), а другой – выше 8,5 (обычно 10, но иногда используется и 9). Если вы измеряете pH не в аквариумной воде, а в чем-то другом, могут быть использованы специальные приемы, которые подробно описаны ниже.

  Часто используется pH 4 и 7, но это может быть менее оптимальным вариантом, поскольку диапазон, ожидаемый для измерения в воде рифовых аквариумов (примерно pH 7,8 – 8,6), находится за пределами диапазона калибровки. В некоторых случаях ошибка достаточно мала, чтобы это было приемлемо. В других случаях это может быть проблемой.

  В приведенных ниже таблицах показаны максимальные ошибки, которые достигаются при различных ошибках в стандартных буферных растворах (при этом проблемы со стандартами являются единственным рассматриваемым источником ошибок; в действительности в реальных измерениях могут быть дополнительные ошибки). Эти таблицы были получены путем простого рассмотрения того, насколько сильно могут отличаться калибровочные растворы (первый столбец), и определения того, насколько сильно может отклоняться фактическое измеренное значение, если оба стандарта изменяются до указанной максимальной ошибки и в направлениях, которые приводят к максимальной ошибке измерения (что оказывается изменяющимся в противоположных направлениях при использовании стандартов pH 4 и 7, и изменяющимся в одном направлении при использовании стандартов pH 7 и 10).

  Очевидно, что при одинаковых погрешностях стандартных растворов погрешности измерений при pH 8-10 меньше при калибровке по pH 7 и 10, чем по pH 4 и 7. Важны ли эти различия, зависит от области применения и ожиданий аквариумиста.

  Кроме того, если вы измеряете pH в жидкости с более низким pH (например, внутри CaCO₃/CO₂ реактора), то калибровка при pH 4 и 7 будет более разумной, чем калибровка при pH 7 и 10.

  Таблица 1. Максимальная потенциальная ошибка измерения из-за ошибок в калибровочных стандартах при калибровке при pH 4 и 7

  Ошибка в стандартах	Ошибка при pH 7	Ошибка при pH 8	Ошибка при pH 9	Ошибка при pH 10
  0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
  0.01	0.01	0.02	0.02	0.03
  0.02	0.02	0.03	0.05	0.06
  0.03	0.03	0.05	0.07	0.09
  0.04	0.04	0.06	0.09	0.12
  0.05	0.05	0.08	0.11	0.15
  0.10	0.10	0.16	0.22	0.28

  Таблица 2. Максимальная потенциальная ошибка в измерении из-за ошибок в калибровочных стандартах при использовании калибровки pH 7 и 10

  Ошибка в стандартах	Ошибка при pH 7	Ошибка при pH 8	Ошибка при pH 9	Ошибка при pH 10
  0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
  0.01	0.01	0.01	0.01	0.01
  0.02	0.02	0.02	0.02	0.02
  0.03	0.03	0.03	0.03	0.03
  0.04	0.04	0.04	0.04	0.04
  0.05	0.05	0.05	0.05	0.05
  0.10	0.10	0.10	0.10	0.10

  2) Убедитесь, что калибровочные стандарты либо новые, либо, по крайней мере, подходят для данной цели. Новые стандарты, и особенно новые стандарты в одноразовых фольгированных пакетах, являются лучшими.

  Однако у меня есть несколько бутылок pH-жидкости, которые я использую годами. Время от времени я использую свежую бутылку или пакет для калибровки моего прибора. В это время я проверяю значения pH во всех этих старых бутылках и записываю pH на бутылке. Затем я могу использовать эту бутылку для будущих калибровок pH, ПОСКОЛЬКУ мой прибор позволяет мне калибровать по стандартам при любом pH (например, pH 7,03 и 8,85). Если ваш прибор не позволяет вводить значения pH с такой точностью, то вы не сможете использовать этот трюк.

  3) Промойте pH-электрод в чистой пресной воде перед тем, как поместить его в любой калибровочный стандарт, и между каждым стандартом.

  4) Для получения правильных показаний pH-метру требуется некоторое время. Поэтому дайте измерителю уравновеситься с каждым стандартом достаточно долго, чтобы значение стабилизировалось (скажем, в пределах +/- 0,01 единицы pH в течение 30 секунд или дольше). Некоторые измерительные приборы подают звуковой сигнал или иным образом сообщают вам, когда уравновешивание происходит в достаточной степени.

  5) Помешивание раствора может помочь pH-зонду уравновеситься с раствором, но это также способствует попаданию CO₂ попадать в жидкость. Этот CO₂ может понизить pH стандартов с высоким pH, таких как pH 8 и выше. Я перемешиваю раствор в течение 30 секунд (часто с помощью самого pH-зонда, хотя я также ломал их таким образом), а затем оставляю его в покое, чтобы получить показания.

  6) Температура стандартов важна по двум причинам. Первая – стандарты действительно изменяют pH в зависимости от температуры. Вторая – pH-электроды меняют свой отклик в зависимости от температуры (описано выше). Изменение pH стандартного раствора в зависимости от температуры не может быть автоматически скорректировано путем ввода температуры в измерительный прибор или через его ATC. Это атрибут точного химического состава используемого буфера. У одних pH повышается при повышении температуры, у других понижается при повышении температуры. У других pH повышается с ростом температуры в одних температурных диапазонах и понижается с ростом температуры в других температурных диапазонах. Вы должны знать точное значение pH при той температуре, при которой вы его используете. На флаконе с буфером часто указывается значение pH в зависимости от температуры. Например, стандартный фосфатный буфер имеет pH 7,000 при 25 ºC, но 7,04 при 15 ºC (небольшая разница). В то же время карбонатный буфер с pH 10,01 при 25 ºC имеет pH 10,12 при 15 ºC (разница больше).

  7) После калибровки измерительного прибора. Вернитесь назад и убедитесь, что он правильно считывает калибровочные растворы (с той погрешностью, которую вы готовы принять), чтобы убедиться, что вы все сделали правильно.

  8) Иногда сами калибровочные растворы могут быть неправильными. В этом случае вы можете проверить правильность работы прибора, протестировав его в других стандартных растворах. Одним из таких растворов является борат, имеющий pH 9,2. Крейг Бингман описал этот полезный тест в предыдущей статье. 17

  9) Если вы проводите определенные виды измерений pH, прямое сравнение с известным стандартом может быть более полезным, чем использование абсолютных чисел, которые показывает pH-метр. Например, если вы оцениваете крепость известковой воды по pH. В этом случае сделайте эталон известковой воды известной насыщенности (например, из чайной ложки гидроксида кальция в чашке чистой пресной воды). Этот раствор будет иметь pH около 12,45 при 25 ºC, но независимо от того, что вы получите, вы можете использовать это число в качестве стандарта и посмотреть, насколько далеко от него находится ваша реальная известковая вода (если оно на 0,1 единицы pH ниже, то ваша известковая вода насыщена примерно на 79%; на 0,2 единицы pH ниже и она насыщена на 63%; на 0,3 единицы pH ниже и она насыщена примерно на 50%; на 0,4 единицы pH ниже и она насыщена на 40% и т.д.). В этом случае важна точная температурная эквивалентность между образцами. Разница всего в 3 ºC означает разницу pH в 0,1 единицы pH для насыщенной известняковой воды.

  Резюме

  Измерение pH в той или иной форме важно для большинства рифовых аквариумов. Использование правильно откалиброванного рН-метра – один из самых простых способов достижения этой цели. Несмотря на присущую им сложность на молекулярном уровне, pH-метры довольно просты в точном использовании. Если при их использовании предпринять соответствующие шаги, они обеспечат достаточную точность практически для любого применения в рифовом аквариуме. Неправильная эксплуатация, однако, часто приводит к тому, что аквариумисты впадают в панику по поводу своих аквариумов, даже когда все в порядке, или ошибочно полагают, что все в порядке, когда на самом деле существует проблема. Надеемся, что эта статья поможет аквариумистам понять и избежать этих потенциальных проблем.

  Ссылки

  1. Решения проблем с pH Рэнди Холмс-Фарли Advanced Aquarist, июнь 2002
  2. Концентрация водородных ионов в морской воде в ее биологических взаимосвязях. Аткинс, У. Р. Г. J. Marine Biol. Assoc. (1922), 12 717-71.
  3. Требования к качеству воды для первого кормления личинок морских рыб. II. pH, кислород и двуокись углерода. Brownell, Charles L. Dep. Zool., Univ. Cape Town, Rondebosch, S. Afr. J. Exp. Mar. Biol. Ecol. (1980), 44(2-3), 285-8.
  4. Культивирование в резервуаре Chondrus crispus (Gigartinaceae, Rhodophyta): оптимизация поступления углерода за счет фиксированного рН и использования скважины с соленой водой. Braud, Jean-Paul; Amat, Mireille A. Sanofi Bio-Industries, Polder du Dain, Bouin, Fr. Hydrobiologia (1996), 326/327 335-340.
  5. Физиологическая экология Gelidiella acerosa. Rao, P. Sreenivasa; Mehta, V. B. Dep. Biosci., Saurashtra Univ., Rajkot, India. J. Phycol. (1973), 9(3), 333-5.
  6. Исследования морских биологических фильтров. Модельные фильтры. Викинс, Дж. Ф. Фиш. Exp. Stn., Minist. Agric. Fish. Food, Conwy/Gwynedd, UK. Water Res. (1983), 17(12), 1769-80.
  7. Физиологические характеристики Mycosphaerella ascophylli, грибкового эндофита морской бурой водоросли Ascophyllum nodosum. Fries, Nils. Инст. физиол. бот. унив. в Уппсале, Уппсала, Швеция. Физиол. Plant. (1979), 45(1), 117-21.
  8. Токсичность пяти металлов в зависимости от pH для трех морских организмов. Хо, Кей Т.; Кун, Энн; Пеллетье, Маргарита К.; Хендрикс, Трейси Л.; Хельмстеттер, Андреа. Национальная лаборатория по изучению влияния на здоровье и экологию, Агентство по охране окружающей среды США, Наррагансетт, штат Рима, США. Токсикология окружающей среды (1999), 14(2), 235-240.
  9. Влияние пониженного pH и повышенного содержания нитратов на кальцификацию кораллов. Марубини, Ф.; Аткинсон, М. Дж. Центр “Биосфера 2”, Колумбийский университет, Оракл, AZ, США. Мар. Ecol: Prog. Ser. (1999), 188 117-121.
  10. Влияние состояния насыщенности карбонатом кальция на скорость кальцификации экспериментального кораллового рифа. Лэнгдон, Крис; Такахаши, Таро; Суини, Колм; Чипман, Дейв; Годдард, Джон; Марубини, Франческа; Эйсвес, Хизер; Барнетт, Хайди; Аткинсон, Марлин Дж. Ламонт-Доэрти Обсерватория Земли Колумбийского университета, Палисейдс, штат Нью-Йорк, США. Глобальный биогеохим. Cycles (2000), 14(2), 639-654.
  11. Химические и биохимические механизмы кальцификации Рэнди Холмс-Фарли, Advanced Aquarist, апрель 2002 г. .
  12. Функционирование стеклянных электродов. Обсуждение межфазных равновесий. Бауке, Ф. Г. К. Шотт Глас, Майнц, Германия. Физика и химия стекол (2001), 42(3), 220-225.
  13. О стабильности электродных потенциалов стекла. Стефанова О.К., Писаревский А.М., Белюстин А.А., Бобров В.С., Лепнев Г.П., Шульц М.М. Россия. Вестник Санкт-Петербургского университета, Серия 4: Физика, химия (2000), (3), 48-57.
  14. Происхождение электродных потенциалов pH-стекол и разработка pNa-реактивных стекол. Абэ, Йошихиро; Маеда, Масунобу. Инженерный факультет, Университет Чубу, Касугаи, Япония. Журнал Электрохимического общества (2000), 147(2), 787-791.
  15. Стеклянный электрод. Предложение кинетических измерений для разработки улучшенных мембранных стекол. Бауке, Ф. Г. К. Шотт Гласверке, Майнц, Германия. Glass Science and Technology (Frankfurt/Main) (1997), 70C(Материалы симпозиума Норберта Крайндля: Современное состояние и перспективы развития науки и технологии стекла, 1994), 369-381.
  16. III. Электрохимия в стеклах и расплавах. Стеклянные электроды: почему и как они функционируют. Бауке, Фридрих Г. К. Schott Glaswerke, Майнц, Германия. Berichte der Bunsen-Gesellschaft (1996), 100(9), 1466-1474.
  17. 20 Mule Team to the Rescue… Again by Craig Bingman, Aquarium Frontiers, February 2000.

  Source: reefs.com