Procesné meranie kvapalín

Automatické čistenie a kalibrácia pH senzorov v procesnom meraní

Pri procesnom meraní pH sa často stretávame s problémom, kedy je potrebná pomerne častá údržba pH senzora. Pri manipulácii so senzorom sa bohužiaľ stáva, že dôjde k jeho poškodeniu. Aby sa mu predišlo a aby bolo možné vykonávať častejšiu údržbu bez zásahu človeka, je možné investovať do technológie a vytvoriť tak systém, ktorý bude zabezpečovať:

• Automatické meranie
• Automatické čistenie senzora bez zásahu človeka
• Automatickú kalibráciu
• Výmenu senzora bez nutnosti odstaviť prevádzku

Takýto systém možno zostaviť vďaka inovatívnemu riešeniu firmy Knick. Toto riešenie je založené na zostave, ktorú tvoria:

• Inteligentný prevodník Protos
• Automatická vyťahovacia armatúra Ceramat alebo Sensogate
• Systém Unical 9000
• Senzor Memosens

Systém je možné inštalovať priamo v prevádzke ako v bezpečnom prostredí, tak aj v prostredí s nebezpečenstvom výbuchu. Armatúry môžu byť umiestnené priamo do potrubia alebo do reaktora. Pripojenia môžu byť rôzne, počnúc štandardnou prírubou, končiac špeciálnymi prípojkami Variline.

Fotometer CHS UVSens na meranie CHSK

CHS UVSens je malý a ľahký fotometer určený na meranie organického znečistenia vôd. Meranie parametrov kvality vody prebieha na základe absorbovaného svetla s vlnovou dĺžkou 254 nm .

• Komplexná zmes organických zložiek, bežne sa vyskytujúcich vo vode, spôsobuje problémy vo vodnom hospodárstve
• Mnohé tieto látky absorbujú UV žiarenie dĺžky 254 nm
• Pomocou absorbcie žiarenia môžeme tieto látky stanovovať
• CHS UVSens – rýchle a bezpečné optické meranie

Dôležité pojmy

Fotometer umožňuje uložiť knižnicu kalibrácií pre rôzne vzorky/odberové miesta. Kalibrácia, resp. prevod hodnoty absorbancie UV 254 nm na požadovaný sumárny parameter závisí od zloženia/pôvodu vody.

• Meranie všetkých vyššie uvedených parametrov prebieha súčasne.
• Automatické ukladanie dát, prezeranie dát a grafy, export do PC.

KÁBLE A KONEKTORY K CHS SENZOROM

Kontinuálne meranie

Štandardom sú sondy s konektorom (S8, VP6, Memosens, …) a kábel napevno v svorkovnici prevodníka.

S8*

• dvojpólový základný konektor
• môže preniesť iba jeden signál, je teda vhodný tam, kde nie je potrebné teplotné čidlo, alebo je umiestnené mimo pH sondy
• nie je príliš odolný mechanickému namáhaniu ani vlhkosti, nie je teda vhodný do vlhkého prostredia
• do vlhka je ho možné použiť s vhodnou armatúrou, napríklad CHS WaterDip
• kábel:
  • priemer 3 mm, slabé tienenie – náchylný na elektromagnetické rušenie
  • odporúčaná dĺžka do 5 metrov
  • inštalácia: ďalej od zdroja rušenia (silové káble, elektromotory, transformátory, …)
  • náchylné na bludné prúdy na kovových konštrukciách

VP6

• VarioPin konektor so 6 pólmi môže prenášať viac signálov. Vhodný pre sondy s integrovaným teplotným čidlom
• robustná kovová konštrukcia a dobrá vodeodolnosť
• použitie takmer vo všetkých prostrediach a aplikáciách
• kábel:
  • dvojité tienenie, menej náchylné na elektromagnetické rušenie
  • odporúčaná dĺžka do 20 metrov

inštalácia: ďalej od zdroja rušenia (silové káble, elektromotory, transformátory, …)

Memosens

• indukčný konektor
• prenos signálu nezaisťuje kontakt kovových častí, ale indukcia je medzi cievkami v sonde a kábli
• odolný takmer voči akémukoľvek prostrediu, nevadí mu vlhkosť ani korozívne látky
• digitálny signál je odolný voči akémukoľvek rušeniu
• vhodný do akejkoľvek aplikácie, predovšetkým do vlhka a korozívneho prostredia
• kábel:
  • digitálny signál, nie je náchylný na rušenie
  • odporúčaná dĺžka do 20 metrov
  • inštalácia: možno aj do káblových trás so silovými vodičmi

Sondy s fixným káblom sa využívajú skôr výnimočne v jednoduchších meracích systémoch, obvykle u málo sofistikovaných prevodníkov, kde je signálny kábel pripojený do externého (spravidla BNC) konektora. Toto miesto býva zdrojom problémov kvôli korózii konektora vplyvom prostredia.

Obrázky konektorov na senzoroch:

Konektor S8	Konektor VP6	Konektor Memosens

Laboratórne a prenosné merania

Sonda s konektorom (zvyčajne S7*)

• používa sa ako ekonomická možnosť tam, kde je externé teplotné čidlo, alebo v prípade, že meranie teploty nie je potrebné
• dvojpólový konektor S7 môže preniesť iba jeden signál
• odporúčané ako laboratórne riešenie
• v prípade rušenia odporúčané použiť opletený kábel (5 mm)

Fixný kábel

• je nutný v prípade potreby integrovaného teplotného čidla
• vhodný aj v prípade prenosných meraní
• absencia konektora je výhodná vo vlhkom prostredí
• pri náhodnom ponorení celej sondy do vzorky nehrozí tak veľké nebezpečenstvo zatečenia ako u konektora
• nehrozí rozbitie sondy pri povolenom konektore

Na strane prístroja sa pre meranie pH zvyčajne používajú konektory:

Pre prenos signálu teplotného čidla sa bežne používajú konektory typu CINCH, Jack, „banán“ a ďalšie. Zvyčajne dvojpólové verzie, prípadne dva samostatné ,,banány´´. V prípade iba jedného pólu je (-) pól teplotného merania spoločný s referenciou pH sondy. Záleží na výrobcovi pH metra.

Pozn.:

* S7/S8 Káblová časť konektora S7/S8 je totožná, rozdiel je v hlave sondy.

– S7: hladká laboratórna verzia

– S8: procesný typ so závitom (PG 13,5) pre montáž do potrubia

Konektor BNC	Konektor DIN

meranie pH

Výber pH elektródy

Sklenené × epoxidové telo

Vďaka mechanickej odolnosti sú elektródy s telom z epoxidovej živice vhodné pre "hrubšie" zaobchádzanie a náročné terénne podmienky, ich nevýhodou je ich nižšia tepelná odolnosť v porovnaní s elektródami sklenenými. pH elektródy s epoxidovým telom nie sú vhodné pre stanovenie pH v roztokoch obsahujúcich organické rozpúšťadlá a korozívne látky. Sklenené elektródy naopak znesú vyššiu pracovnú teplotu a vysoko korozívne rozpúšťadlá.

Jednomostíková × dvojmostíková

Ekonomické jednomostíkové elektródy sú vhodné pre väčšinu všeobecných aplikácií. Dvojmostíkové elektródy, pri ktorých nehrozí kontaminácia referenčného mostíka, je vhodné použiť na stanovenie pH roztokov obsahujúcich sulfidy, ťažké kovy alebo tris pufre.

Plniteľná × uzavretá (bezúdržbová)

Plniteľné elektródy umožňujú vďaka prítomnosti plniaceho otvoru doplnenie alebo výmenu elektrolytu referenčnej elektródy - čo je ekonomické a zaručuje dlhodobú životnosť elektródy. Uzavreté elektródy sú mechanicky veľmi odolné a nevyžadujú údržbu. Majú však zvyčajne kratšiu životnosť.

Ag / AgCl (argentochloridová) × Hg / Hg ₂ Cl ₂ (kalomelová)

Najbežnejším typom pH elektród, vhodným pre všetky štandardné aplikácie (teplotný limit 80 ° C), sú elektródy založené na elektrochemickom článku Ag / AgCl. Kalomelová elektróda (článok Hg / Hg2Cl2; teplotný limit 70 ° C) je odporúčaná pre stanovenie pH roztokov obsahujúcich proteíny, organické látky alebo ťažké kovy schopné reagovať so striebrom a zanášať tak kvapalinový spoj.

Všeobecné platné × špeciálne aplikácie

Medzi analyzované látky, ktorých merania nepovažujeme za štandardné aplikácie (vhodné pre použitie všeobecne použiteľných elektród) možno zaradiť: roztoky s obsahom ťažkých kovov, proteínov, organických rozpúšťadiel, s vysokým obsahom sodných iónov, sulfidov, roztoky s nízkym obsahom iónov (deionizovaná voda) a tris pufre.

CHS sensors - nová technológia

Laboratórne sondy CHS sú elektrochemické senzory vyrábané vo Švajčiarsku pre meranie pH rôznych médií. Každá sonda má na svojom tele názov, sériové číslo, číslo šarže a teplotný rozsah. Všetky elektródy podliehajú dvojitej kontrole kvality, ako vo výrobnom závode, tak pred príjmom na sklad Chromservis s.r.o. K sondám je na základe vizuálnej kontroly a kontroly odozvy certifikovaným pufrom vystavovaný QC certifikát.

pH elektródy vyrábame a ponuku upravujeme podľa aktuálnych požiadaviek zákazníkov. Dodávame verzie s hlavou S7, s fixným káblom zakončeným BNC alebo DIN konektorom a verzie s teplotným snímačom (NTC 30 kOhm).

DESIGN LABORATÓRNYCH ELEKTRÓD

• všetky elektródy majú na tele vytlačený názov, sériové číslo, číslo šarže a prevádzkovú teplotu
• zelený vnútorný pufor umožňuje vizuálnu kontrolu pH banky
• elektródy sa dodávajú so skladovacím roztokom a uzáverom
• ľahké odstránenie krytu vyskrutkovaním, bezpečné utesnenie krytu
• kvalitné tesnenie medzi hlavou elektródy a káblom spĺňa IP68

DESIGN PROCESNÝCH ELEKTRÓD

• všetky elektródy majú na tele vytlačený názov, sériové číslo, číslo šarže a prevádzkovú teplotu
• modrý vnútorný pufor zaisťuje jednoduchú vizuálnu kontrolu pH banky
• elektródy sú dodávané so skladovacím roztokom a uzáverom
• podľa typu sú elektródy vybavené teplotným snímačom a tomu zodpovedajúcim konektorom

Meranie rozpusteného kyslíka

Optické senzory na meranie rozpusteného kyslíka

Predtým používané ampérometrické sondy využívajú meranie prúdu medzi dvoma elektródami ponorenými do roztoku elektrolytu s použitím tzv. Clarkovej meracej cely. Typická cela sa skladá zo zlatej katódy a striebornej anódy, na ktorej je privedené polarizačné napätie (približne 0,8 V). Elektródy sú ponorené do elektrolytu na báze vodného roztoku KCl alebo KBr a od meraného média sú oddelené polopriepustnou polymérnou membránou prepúšťajúcou kyslík. Kyslík rozpustený v kvapalnom médiu difunduje membránou do elektrolytu av dôsledku oxidačno-redukčných reakcií na elektródach prechádza celý veľmi malý prúd (veľkosti desiatok nanoampérov), priamo úmerný obsahu kyslíka v elektrolyte, a teda koncentrácii rozpusteného kyslíka v meranom.

Princíp merania

Optické senzory na meranie rozpusteného kyslíka pracujú na úplne inom princípe ako predtým používané ampérometrické sondy. Niektorí výrobcovia využívajú dve rôzne svietivé diódy (LED). Naša spoločnosť využíva pri produkte CHS ODOSens zdvojené detekcie luminiscenčného žiarenia (excitačné LED a detekčné diódy), čím je minimalizovaný vplyv nehomogenity vzorky aj vplyv prípadného poškodenia luminoforu. Integrovaný prevodník neustále porovnáva výstupy z oboch meracích elementov zameraných na iné časti luminoforu a zaisťuje tak najpresnejšie meranie koncentrácie rozpusteného kyslíka.

Senzory radu CHS ODOSens merajú, podobne ako senzory s Clarkovou celú parciálny tlak kyslíka, ktorý je možné vyjadriť ako percento sýtenia vzduchu alebo ako koncentráciu v jednotkách mikrogramov na liter (ppb, tj 1x10 ^-9 ), popr. mg/l (ppm, tj 1x10 ^-6 ). Merať možno v rozsahu koncentrácií od 8 ppb do 25 ppm, čo zodpovedá rozsahu od 0,1 % do 300 % sýtenia vzduchu. Pre väčšinu aplikácií je tento merací rozsah viac než dostačujúci, ale napriek tomu sa ponúka pre špeciálne aplikácie (napr. pivovarníctvo) senzor CHS ODOSens T , ktorý spoľahlivo meria aj 1 ppb.

Literatúra:

KADLEC, K.: Nové optické senzory množstva rozpusteného kyslíka. Automa, 2007, č. 12, s. 46 (článok nejdete v archíve vydavateľstva )

Můžete věřit svému pH pufru? 

GMP, GLP, ISO 9001, EN 45000, kalibrácie, overovanie, metrologická nadväznosť a certifikácia od akreditovanej organizácie, to sú stále najdôležitejšie pojmy, s ktorými sa môžete takmer denne stretnúť v laboratórnej praxi. Dôležitými "nástrojmi" pre meranie fyzikálno-chemických veličín sú aj pH a ORP elektródy a práve ich kalibrácia nebola nikdy taká jednoduchá. Všetky kalibračné postupy predpokladajú, že označené hodnoty kalibračného roztoku sú správne. Ale hodnoty pH pufra sa môžu v priebehu času meniť, a tým môžu ovplyvniť vaše výsledky merania pH.

Kompletný rad patentovaných pH pufrov poskytuje stabilitu hodnoty pH, ktorá predtým nebola dosiahnuteľná. Hamilton poskytuje záruku na pH pufre DURACAL po dobu 5 rokov od dátumu výroby. Roztoky s pH 9,21 a pH 10,01 sú dokonca stabilné na vzduchu. Vysoká pufrovacia kapacita umožňuje rýchlu a stabilnú kalibráciu. pH pufre Hamilton DURACAL obsahujú konzervačné prostriedky pre zabránenie rastu plesní a mikroorganizmov.

Metrologická nadväznosť

Dôležitou otázkou pri výrobe certifikovaných referenčných materiálov je zabezpečenie metrologickej nadväznosti neprerušeným reťazcom porovnaní s referenčným materiálom najvyššej metrologickej kvality (primárny referenčný materiál).

• Kruhová metrologická nadväznosť: Na rozdiel od iných výrobcov, ktorí používajú metrologickú nadväznosť "smerom nadol" ("top-down traceability") Hamilton používa kruhovú metrologickou nadväznosť, a teda spätné sledovanie nadväznosti. Kruhová metrologická nadväznosť zaisťuje užívateľom pH pufrov DURACAL jedinečnú spoľahlivosť.
• Metrologická nadväznosť "hore-dole": Hamilton určuje hodnotu pH pufra DURACAL porovnaním proti dvom sekundárnym referenčným materiálom. Ide o referenčné materiály od akreditovaných dodávateľov pre sekundárne referenčné materiály. Takto vyrobené roztoky sú spätne porovnávané s primárnymi referenčnými materiálmi PTB¹) alebo NIST²).
• Metrologická nadväznosť smerom nadol: Aby bola zaistená najvyššia možná presnosť a spoľahlivosť hodnoty pH pufra, je reprezentatívny počet vzoriek z každej výrobnej šarže odoslaný do nemeckého laboratória DKD³) (DKD-K-06901) pre externé, nezávislé a nestranné overenie. V tomto laboratóriu sú vzorky pufrov DURACAL porovnávané so sekundárnym referenčným materiálom DKD-K-06901.

Sekundárny referenčný materiál je samozrejme naviazaný na primárny referenčný materiál od PTB. V tejto fáze je kruh nadväznosti uzavretý: primárny referenčný materiál PTB je počiatočným a koncovým bodom. DKD poskytuje firme Hamilton kalibračný certifikát pre každý pH pufor DURACAL danej výrobnej šarže. Tak je zaručená najvyššia kvalita pufrov Hamilton, s ktorými následne môžete pracovať vo svojom laboratóriu.

Cleaning & reconditioning pH electrodes

pH metre sa často používajú v aplikáciách, ktoré vyžadujú pravidelné čistenie elektródy. Tieto aplikácie zahŕňajú veľmi tvrdú vodu, znečistené vzorky, ako sú pôdne kaly, viskózne materiály alebo vzorky s vysokým obsahom oleja a bielkovín. Nasledovné postupy neodporúčame vykonávať osobám, ktoré nie sú oboznámené s bezpečnostnými zásadami pri práci s chemikáliami alebo s nimi nemôžu pracovať: detergenty, HCl (kyselina chlorovodíková) a NaOH (hydroxid sodný).

Postup 1

Elektródu namočte na 10 minút do 0,4 molárnej HCl (kyselina chlorovodíková), potom elektródu opláchnite deionizovanou alebo destilovanou vodou. Týmto by sa mal zo sklenenej elektródy a z povrchu referenčnej elektródy odstrániť všetok organický proteín.

Postup 2

Elektródu namočte do 3,8 alebo 4,0 molárneho roztoku KCl (chlorid draselný) zahriateho na 50 °C na 1 hodinu. Roztok KCl nechajte vychladnúť na teplotu miestnosti, potom elektródu opláchnite deionizovanou alebo destilovanou vodou. Tým sa otvorí a vyčistí referenčná elektróda od všetkých kontaminantov.

Postup 3

Elektródu namočte do tlmivého roztoku s pH 4,01 (EC-BU-4BT) a zahrievajte 1 hodinu na 50 °C. Pufor nechajte vychladnúť na izbovú teplotu, potom opláchnite elektródu deionizovanou alebo destilovanou vodou. Tým sa otvorí a vyčistí referenčná elektróda.

Postup 4

Po každom použití opláchnite elektródu v 0,5 M alebo 1% HCl. Ak sú na pH elektróde olejové alebo bielkovinové nečistoty, skúste namočiť elektródu do teplého saponátu a vodného roztoku. Ideálne je použiť odmasťovacie prostriedky na umývanie riadu alebo prostriedky na odstránenie škvŕn. Ak je na pH elektróde veľké množstvo olejových alebo bielkovinových nečistôt odporúča sa ju nechať ponorenú cez noc. Potom opláchnite pH sondu v deionizovanej alebo destilovanej vode a namočte na 10 minút do 1% HCl. Opláchnite pH sondu v deionizovanej alebo destilovanej vode a skontrolujte tlmivé roztoky. Nakalibrujte pH sondu pomocou kalibračných roztokov. Ak sa pH elektróda nedá kalibrovať ani po očistení, je nutné ju vymeniť.

Postup 5

Na odstránenie bielkovín namočte pH elektródu cez noc do roztoku enzymatického čističa pre kontaktné šošovky. Enzýmy odstránia bielkoviny zo skla a plastov.

Údržba pH elektród

Údržba a skladovanie pH elektród

pH elektródy sú citlivé senzory, ktoré vyžadujú správne zaobchádzanie a údržbu, aby poskytovali presné a spoľahlivé výsledky a mali, čo najdlhšiu životnosť. Ak sa pH elektróda nepoužíva dlhšiu dobu, je potrebné ju uchovávať vo vlhkom stave. pH elektródy sa uchovávajú a skladujú v skladovacom roztoku („storage solution“) alebo v pufre pH 7.

NESKLADUJTE pH elektródu v destilovanej alebo deionizovanej vode, pretože by došlo k strate iónov zo sklenenej banky elektródy a z referenčného elektrolytu. To by malo za následok pomalú odozvu.

pH elektródy sa dodávajú buď s ochranným krytom alebo v skladovacích fľaštičkách, aby sa predišlo zlomeniu alebo poškriabaniu elektródy. Tým sa zabezpečí, že pH elektróda je uložená vo vlhkom stave. Pred použitím pH elektródu opatrne vyberte (alebo zložte ochranný kryt) a opláchnite ju destilovanou vodou. Pri dlhodobom skladovaní uchovávajte elektródu v skladovacej fľaštičke tak, aby bola sklenená banka (pH citlivé sklo) dostatočne ponorená. Podľa potreby vždy dopĺňajte uchovávací roztok.