การดูแลรักษา การซ่อมบำรุง และการวิเคราะห์ที่ผิดพลาดของ pH อิเล็กโทรด

 

 

การวัดค่า pH เป็นเทคนิคเชิงวิเคราะห์ที่มีความสำคัญและเป็นพื้นฐานในงานด้านต่างๆมากมาย เช่น ด้านความปลอดภัยของอาหาร ด้านความสมบูรณ์ของผลิตภัณฑ์ ด้านสุขภาพและด้านสิ่งแวดล้อม ผู้ใช้งานจึงต้องมีความมั่นใจในคุณภาพของการวัดเป็นอย่างมากเพื่อให้แน่ใจว่าผลที่ได้นั้นเกิดจากตัดสินใจที่ถูกต้อง หากการวัดค่า pH มีคุณภาพต่ำ  จะทำให้ผู้ใช้งานต้องเสียเวลาและค่าใช้จ่ายเพิ่มมากขึ้นเนื่องจากผลที่ไม่ถูกต้อง

หนึ่งในปัจจัยที่มีผลต่อความแม่นยำในการวัดค่า pH คือการดูแลรักษาและซ่อมบำรุง pH อิเล็กโทรดอย่างถูกวิธี  หากทำไม่ถูกวิธีจะทำให้อายุการใช้งานของอิเล็กโทรดสั้นลงและเพิ่มค่าจ่ายในการทดลองอีกด้วย  ในทางกลับกันหากทำการดูแลรักษาและซ่อมบำรุงให้ถูกวิธี  จะช่วยยืดอายุการใช้งานของอิเล็กโทรดและได้ผลที่ถูกต้องทำให้ผู้ใช้งานเกิดความมั่นใจในผลการทดลองที่ได้จากการวัดค่า pH นั้นๆ

ดังนั้นการหาสาเหตุของข้อผิดพลาดตลอดจนการหาทางแก้ไขที่เหมาะสมจึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการวัดค่า pH เอกสารฉบับนี้ได้จัดทำขึ้นเพื่อเป็นแนวทางสำหรับการแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นจากการวัดค่า pH  ในกรณีที่เกิดปัญหาที่ไม่พึงประสงค์ ผู้ใช้งานสามารถดำเนินการตามขั้นตอนในเอกสารนี้เพื่อแก้ปัญหาได้  ส่งผลให้ค่า  pH  ถูกต้องและหลีกเลี่ยงการทำซ้ำ

 

การวินิจฉัยความผิดปกติ

ในการวัดค่า pH ประกอบด้วย 3 ส่วนหลัก ดังต่อไปนี้

  • ตัวเครื่อง
  • สารละลาย (สารละลายที่ใช้ในการสอบเทียบและ ตัวอย่างที่นำมาวัด)
  • อิเล็กโทรด

นอกจากนี้ยังมีปัจจัยอื่นที่เป็นสาเหตุทำให้เกิดการวัดที่ผิดพลาด การหาสาเหตุของปัจจัยเหล่านั้นจึงเป็นสิ่งที่ท้าทายความสามารถของผู้ใช้งาน ดังนั้นความพยายามหาสาเหตุของปัญหาแล้วทำการปรับปรุงแก้ไขจะช่วยให้กำจัดข้อผิดพลาดและป้องกันข้อผิดพลาดที่จะเกิดขึ้นได้

 

ความผิดปกติของตัวเครื่อง

            pH meter เป็นเครื่องมือทั่วไปที่เกิดปัญหาน้อยในการใช้งาน แต่อย่างไรก็ตามปัญหาย่อมเกิดขึ้นได้ การสอบเทียบอิเล็กโทรดเป็นประจำด้วยบัฟเฟอร์มักจะไม่ใช่สาเหตุของข้อผิดพลาดที่เกิดจากตัวเครื่อง แต่ปัญหาโดยส่วนใหญ่มักเกิดจากส่วนอื่นๆในการวัด ผู้ใช้ส่วนใหญ่ไม่พร้อมใช้เครื่องมือพิเศษในการวินิจฉัยอย่างละเอียดถี่ถ้วน

            ด้วยเหตุผลนี้เองการสอบเทียบประจำปีจึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการใช้เครื่องมือนี้ รวมไปถึงการตรวจสอบการทำงานของแต่ละส่วนประกอบให้ตรงตามโรงงานที่ผลิตกำหนด มีการรับรองมาตรฐานการใช้งาน การสอบกลับได้ ซึ่งปัจจัยเหล่านี้ทำให้เครื่องมือให้ผลการวัดที่ถูกต้อง

 

ความผิดปกติของอิเล็กโทรด

1. การจำแนกข้อผิดพลาด

ก่อนการเริ่มการวินิจฉัยความผิดปกติ ควรมีการตรวจสอบสิ่งต่อไปนี้

  • อิเล็กโทรดได้ต่อเข้ากับตัวเครื่อง และเปิดใช้งานเรียบร้อยแล้ว
  • ตัวเชื่อมต่อระหว่างอิเล็กโทรดกับตัวเครื่องเสียบถูกช่อง (สำหรับเครื่องที่มีหลายช่องรับเข้า)
  • สายของอิเล็กโทรดและตัวเชื่อมต่อต้องสะอาด แห้งและไม่มีส่วนใดขาด
  • โพรบวัดอุณหภูมิ(temperature probe) เชื่อมต่อถูกต้องหรือมีการวัดอุณหภูมิที่เหมาะสม

ถ้าความผิดปกติเกิดจากอิเล็กโทรด ควรปฏิบัติดังนี้

  • เปลี่ยนหน่วยเป็นmillivolt (mV) แล้วนำอิเล็กโทรดจุ่มในบัฟเฟอร์ pH 7 จากนั้นรอให้ค่าศักย์ไฟฟ้าคงที่บันทึกค่าศักย์ไฟฟ้าที่ได้ไว้
  • นำอิเล็กโทรดออกจากบัฟเฟอร์ pH 7 ล้างด้วยน้ำสะอาด นำอิเล็กโทรดจุ่มในบัฟเฟอร์ pH 4 จากนั้นรอให้ค่าศักย์ไฟฟ้าคงที่และสังเกตค่าศักย์ไฟฟ้าเมื่อเวลาผ่านไป 1 และ 2 นาที
  • นำค่าที่ได้ไปอ่านผลในตารางที่ 2: สรุปตัวแปรต่างๆในการวินิจฉัยความผิดพลาด
  • เปรียบเทียบผลที่ได้กับตารางที่ 3 เพื่อเป็นการจำแนกสาเหตุของความผิดปกติ

 

ตารางที่ 1: สรุปตัวแปรต่างๆในการวินิจฉัยความผิดพลาด

ตัวแปร

การคำนวณ

ค่าที่เหมาะสม

ความต่างศักย์ไฟฟ้า (Eo)

ค่า mV ที่อ่านได้ในบัฟเฟอร์ pH 7

± 25mV

Slope

ค่า mVที่อ่านได้ในบัฟเฟอร์ pH 7 -ค่า mVที่อ่านได้ในบัฟเฟอร์ pH 4

160-180 mV

Drift

ค่า mVที่อ่านได้ในบัฟเฟอร์ pH 4 ที่ 1 นาที - ค่า mVที่อ่านได้ในบัฟเฟอร์ pH 4ที่ 2นาที

± 1.5 mV

 

2. การแก้ไขความผิดปกติ

สำหรับความผิดปกติขั้นร้ายแรงของอิเล็กโตรดสามารถแก้ได้ด้วยวิธีเดียวคือต้องเปลี่ยนอิเล็กโตรดใหม่สาเหตุที่ทำให้เกิดความผิดปกติขั้นร้ายแรงนี้เกิดได้จากการดูแลรักษาที่ไม่ดีและการใช้งานที่ไม่เหมาะสม วิธีปฏิบัติที่ถูกต้องต่อความผิดปกติแต่ละประเภทมีดังต่อไปนี้

  • อิเล็กโทรดอยู่ในสภาพปกติ: หากค่าศักย์ไฟฟ้า (Eo), ค่า slope และค่า drift อยู่ในช่วงที่ยอมรับได้  ตัวเครื่องและอิเล็กโทรดต่อกันอย่างถูกต้อง สาเหตุของความผิดปกตินี้อาจจะมาจากตัวอย่างที่ทดสอบ 
  • ปัญหาเกิดจากอิเล็กโตรไลท์: ชนิดของสารละลายอิเล็กโตรไลท์จะต้องเหมาะกับอิเล็กโทรดที่ใช้งาน ซึ่งหากใช้อิเล็กโตรไลท์ผิดชนิดผลการทดลองจะออกมาผิดพลาด  นอกจากนี้อาจเกิดจากอิเล็กโตรไลท์มีการปนเปื้อนสารตัวอย่างทดสอบที่ติดไดอะแฟรมมา  การเลือกสารละลายอิเล็กโตรดไลท์ที่ถูกต้อง ทำได้โดยปฏิบัติตามคำแนะนำของเครื่องมือ ตัวอย่างเช่นอิเล็กโทรดที่เป็นเจล (gel-filled electrode)  ไม่สามารถเติมเจลเข้าไปได้ต้องเปลี่ยนเท่านั้น
  • อิเล็กโทรดสกปรก: สาเหตุของการเกิดอิเล็กโทรดสกปรกมาจากการดูแลรักษาที่ไม่ดีและเกิดจากสารเคมีปนเปื้อน  การทำความสะอาดและการดูแลรักษาอิเล็กโทรดเพื่อป้องการการผิดปกติที่เกิดจากความสกปรก

 

ตารางที่ 2: การจำแนกความผิดปกติของ pH อิเล็กโทรด

ประเภทความผิดปกติ

สาเหตุ

Eo (mV)

Slope (mV)

Drift (mV)

อิเล็กโทรดอยู่ในสภาพปกติ

อิเล็กโทรดและตัวเครื่องอยู่ในสภาพปกติ ปัญหาเกิดจากตัวอย่างที่นำมาวัด

± 25

160-180

±1.5

ปัญหาเกิดจากอิเล็กโทรด

แก้วเมมเบรนร้าว

55-65

<10

±1.5

ธาตุอันตราย

>± 25

160-180

>±1.5

สายไฟ/ระบบไฟฟ้า: ลัดวงจร

± 25

<10

±1.5

เมมเบรนเสื่อมสภาพ/อิเล็กโตรดเก่า

± 25

50-150

±1.5

สายไฟ/ระบบไฟฟ้า: กระแสไฟฟ้าไม่ครบวงจร

>± 25

<10

>±1.5

ปัญหาเกิดจากอิเล็กโตรไลท์

การปนเปื้อนของอิเล็กโตรไลท์หรือใช้อิเล็กโตรไลท์ผิด

>± 25

160-180

±1.5

อิเล็กโทรดสกปรก

เมมเบรนหรือไดอะแฟรมมีตัวอย่างที่นำมาวัดติดอยู่

>± 25

50-150

>±1.5

การอุดตันของไดอะแฟรม

± 25

160-180

>±1.5

 

3. ปัญหาจากตัวอย่างทดสอบ

ถ้าทำการตรวจสอบตามตารางที่ 2 แล้วยังพบว่าอิเล็กโทรดมีค่า drift ที่มากและค่าที่อ่านได้ยังผิดปกติ ปัญหานี้อาจจะเกิดจากการเลือกใช้อิเล็กโทรดผิดประเภทการใช้งาน ดังตัวอย่างต่อไปนี้

  • ตัวอย่างทดสอบที่มีความเข้มข้นของแร่ธาตุสูง : ตัวอย่างที่มีความเข้มข้นของการแตกตัวของไอออนสูง  ส่งผลให้มีความผิดปกติของศักย์ไฟฟ้าที่เกิดจากรอยต่อระหว่างสารละลายทั้งสอง (Liquid junction potential error) เนื่องจากการเคลื่อนที่ของไอออนที่แตกต่างกัน  ในกรณีนี้แนะนำให้ใช้อิเล็กโทรดชนิดพิเศษที่มีรอยต่อสองชั้น
  • ตัวอย่างที่มีไอออนต่ำ  เช่น น้ำ น้ำฝน ก็สามารถทำให้เกิดการอ่านค่าที่ผิดปกติได้เช่นกัน ในกรณีนี้แนะนำให้ใช้อิเล็กโทรดที่มีเมมเบรนแบบแรงต้านทานต่ำและไดอะแฟรมที่มีการไหลของอิเล็กโตรไลท์สูงเพื่อลดการเกิดศักย์ไฟฟ้าที่เกิดจากรอยต่อระหว่างสารละลายทั้งสอง
  • ตัวอย่างทดสอบที่มีส่วนประกอบของ ปรอท เงิน ตะกั่ว ทองแดง และโลหะหนักอื่นๆ เช่นตัวอย่างที่มาจากบ่อชุบโลหะ สามารถทำให้เกิดการอุดตันของไดอะแฟรมอิเล็กโตรไลท์จึงไม่สามารถไหลย้อนกลับได้  ในกรณีนี้แนะนำให้ใช้อิเล็กโตรดที่มีไดอะเฟรมไหลอย่างอิสระ  โดยเฉพาะอย่างยิ่งไดอะเฟรมที่สามารถถอดออกมาล้างได้

โดยควรมีคำแนะนำระบุไว้อย่างชัดเจนในเอกสารจากผู้ผลิตอิเล็กโทรดเพื่อใช้ในการเลือกอิเล็กโทรดที่ถูกต้องเหมาะสมต่อการใช้งานแต่ละประเภท

 

ขอขอบคุณข้อมูลอ้างอิงจาก...

1. John J. Barron, Colin Ashton, Leo Geary. Care, maintenance and fault diagnosis for pH Electrodes. TSP-02 Issue 4;5:1-5