Вторая очень удачная ассоциация градуировки - это градуировка прибора, как настройка музыкального инструмента.

На практике любые эксперименты и измерения выполняются с заданной точностью. Не бывает измерений с «идеальной» точностью - всегда есть некоторые ошибки и погрешности. В «хорошем» измерении ошибка мала настолько, что укладывается в заранее известные рамки – допустимую погрешность. Если ошибка оказывается больше допустимой погрешности, то измерение является некорректным, а его результаты неточными.

Простой пример: если градуировка выполнена некорректно, средство измерения имеет шкалу, но точность измерения будет превышена. Другой пример: с течением времени под влиянием погодных условий, устройство может менять свои физико-химические свойства, так что его шкала «искажается». Для того, чтобы «подстроить» измерительное средство для достижения требуемой точности измерений, проводится процесс калибровки. Калибровка может включать в себя процедуру градуировки с последующей проверкой точности прибора.

Следует упомянуть еще одно важное понятие: поверка. В частности, вы можете приобрести pH-метр с поверкой или без поверки. Поверка – это калибровка прибора, выполненная официальной организацией.

Подведем краткий итог:
Отградуировать прибор – снабдить данный прибор шкалой, превращая его в средство измерения. Откалибровать прибор – убедиться в том, что средство измерения обеспечивает достаточную точность измерений.
Поверка - официальное заключение, что прибор откалиброван и позволяет проводить измерения с высокой точностью.

Принцип работы pH-метра.

pH-метр – это прибор, предназначенный для измерения параметра pH в различных средах: в воде, в растворах, в почве, в продуктах питания, физиологических жидкостях (кровь, моча, слюна и т.д.) и других водных и неводных средах.

Параметр pH (показатель кислотности) – один из важнейших и часто измеряемых показателей в химии. Он связан с активностью ионов водорода H+, изменяется в пределах от 0 до 14 и отражает кислотные или щелочные свойства среды. Величина pH определяется как минус логарифм от активности (A) ионов водорода в среде:

pH=-log(A)
Чем больше активность ионов водорода H+, тем сильнее выражены кислотные свойства среды. Напротив, по мере возрастания кислотных свойств, величина pH уменьшается.

Любой pH-метр измеряет разность потенциалов между двумя электродами, погруженными в исследуемую среду. Эти электроды могут быть объединены в единую систему – комбинированный электрод, но принцип действия остается тем же самым.

Каким же образом из разности потенциалов можно определить величину pH?
Дело в том, что разность потенциалов dU между двумя электродами, помещенными в раствор, и pH раствора связаны линейной зависимостью:

dU=a*pH+b

Параметры a и b зависят от температуры и характеристик измерительной системы, в частности, характеристик электродов, но при постоянной температуре и постоянных характеристиках системы можно считать их постоянными. Зная a и b, величину pH легко вычислить, решив линейное уравнение:

pH=(dU-b)/a

Именно это и делает прибор, для того, чтобы определить показатель кислотности pH по измеренной разности потенциалов.

Для того, чтобы ввести в память прибора параметры a и b и нужна процедура градуировки. Градуируя pH-метр, мы снабжаем устройство, измеряющее dU, шкалой для измерения pH. Отградуированный рН-метр имеет возможность пересчитывать полученную в ходе измерения разность потенциалов в величину pH.

Еще один важный вопрос: что делать с зависимостью от температуры? Параметры a и b зависят от температуры, поэтому отградуировав прибор при одной температуре, мы не можем проводить измерения при другой температуре. Раньше необходимо было использовать дополнительное оборудование – термостат, чтобы проводить и градуировку, и измерения при одних и тех же значениях температуры.

Для того, чтобы учесть температурную зависимость, многие современные pH-метры имеют функцию термокомпенсации в той или иной форме.

Умный pH-метр «Эксперт-pH» оснащен функцией интеллектуальной термокомпенсации, которая включается автоматически. Она дает возможность проводить градуировку, калибровку и измерения при любой температуре без термостата.

Отградуированный pH-метр «знает» зависимость dU и pH, которая позволяет ему вычислять параметр pH по измеренной величине dU.

Насколько точным будет это значение?
С течением времени меняются свойства электродов, поэтому зависимость dU и pH будет все сильнее отклоняться от той зависимости, которую мы внесли в память прибора в процессе градуировки. Естественно, параметры линейной зависимости меняются и при замене электродов. Еще один источник потери точности – ошибки при проведении градуировки.

Чтобы убедиться, что показания pH-метра будут точными, проводится его настройка – калибровка.

Калибровка pH-метра

В случае pH-метра, калибровка представляет из себя проверку прибора с последующей градуировкой. Дело в том, что если показания pH-метра неточны, необходимо «уточнить» параметры линейной зависимости между dU и pH

dU=a*pH+b

Единственный способ «уточнить» параметры a и b – ввести их заново с помощью процедуры градуировки, описанной в предыдущем разделе.

Когда нужно калибровать pH-метр?

В профессиональных лабораториях, где проводится много измерений и необходимо гарантировать высокую точность измерений, pH-метры калибруют ежедневно или даже несколько раз в день. В некоторых случаях допустимо калибровать реже, около одного раза в неделю.

Как узнать, что прибор пора калибровать?
Самый простой способ – протестировать pH-метр, измерив показатель кислотности эталонного раствора - раствора с известным значением pH. Если показания, полученные прибором, отличаются от величины pH раствора более чем допускаемая абсолютная погрешность (эта величина указана в паспорте прибора и для Экперт-pH составляет +-0.05 единиц pH), то необходимо провести процесс калибровки.

Калибровка обязательна при замене электродов. Свойства электродов влияют на вид зависимости между dU и pH, поэтому градуировка, проведенная для pH-метра с одним набором электродов, неприменима для того же pH-метра с другим набором электродов. Например, при использовании новых электродов или при замене раздельной пары электродов (измерительный электрод + электрод сравнения) на комбинированный электрод, вам необходимо провести калибровку.

Электроды меняют свои свойства с течением времени, в результате особенностей их эксплуатации и хранения. Распространенная ситуация: нужно измерить pH c помощью электрода, который последний раз использовался несколько дней назад. Этот электрод изменил свои свойства с течением времени, поэтому калибровка системы pH-метра + электрод перед измерением обязательна. Не говоря уже о тех случаях, когда вы хотите воспользоваться электродом, который не использовали несколько месяцев.

Обратите внимание! Очень важно правильно подготовить электроды перед градуировкой/калибровкой и измерениями. Способ подготовки зависит от конкретного типа электрода и описан в паспорте электрода.