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Le principe du Ph metre :
Le rôle du pH-mètre est de mesurer avec exactitude une différence de potentiel inférieure à un volt entre un couple d'électrodes, dans un circuit dont la résistance est de l'ordre de 100 mégohms, puis de transformer cette tension en unité pH, en prenant en compte un certain nombre de corrections. La différence de potentiel entre l'électrode de verre et l'électrode de référence est amplifiée avant d'être transmise numériquement au micro-processeur par le convertisseur analogique/numérique pour y être traitée par un algorithme de calcul et être enfin affichée par le pH-mètre.
Comme une électrode de verre a une résistance interne Rg de l'ordre de 108 ohms, la résistance d'entrée de l'amplificateur, Ri, doit être supérieure à 1012 ohms pour effectuer une mesure correcte. Pour la même raison, l'intensité Iterm envoyée par l'amplificateur à l'électrode de verre ne doit pas dépasser 10-12 Ampère, car cela influerait sur le potentiel mesuré et risquerait de perturber l'électrode.
Comme la résistance d'entrée, Ri, est très largement supérieure à la résistance interne de l'électrode de verre , Rg, l'erreur introduite sur le potentiel mesuré peut être calculée suivant la loi d'Ohm : Verreur = Iterm x Rg = 10-12 x 108 = 10-4 V = 0,1 mV Pour obtenir des résultats fiables, l'amplificateur et les autres circuits électroniques doivent avoir un coefficient de température faible, c'est à dire que l'influence de leur variation de température doit être maîtrisée. Le choix des composants utilisés et leur tri pour la fabrication en série doit être donc très rigoureux.
Généralement le résultat de mesure est lu sur un afficheur numérique même s'il existe encore dans les laboratoires des pH-mètres “à aiguille”, c'est à dire avec une lecture par galvanomètre. Les termes analogique et numérique sont souvent utilisés pour distinguer ces deux types d'affichage. Cependant ils sont aussi utilisés pour différencier les deux types de circuits qui transmettent le signal.
Dans un pH-mètre à circuit analogique, le réglage du pH0 et de la pente est obtenu grâce à des résistances ajustables et le facteur d'amplification est contrôlé manuellement. Le signal est alors envoyé directement sur un afficheur à aiguille (lecture par galvanomètre) ou à travers un convertisseur analogique/numérique sur un afficheur numérique.
Dans un pH-mètre à circuit numérique, l'amplificateur fonctionne toujours dans les mêmes conditions et est directement connecté à un convertisseur analogique/numérique. Le signal de sortie est alors traité par un circuit numérique basé sur un microprocesseur et le pH ainsi calculé est envoyé sur un afficheur numérique. Avec ce type de pH-mètre, l'utilisation d'une sonde de température permet également, d'effectuer une compensation automatique de température et d'afficher la température de mesure. Généralement, le logiciel embarqué permet aussi la reconnaissance automatique des solutions d'étalonnage et le contrôle automatique de la stabilité du signal provenant de l'électrode.
Formules:
Equation de Nernst:
Or, à température ambiante (25 °C = 298,15 K), on a la relation suivante :
C'est pourquoi, pour peu que l'on assimile également les activités chimiques aux concentrations, on trouve souvent la relation suivante (puisque ln(X)=log(X)ln(10)) :
Où :
R est la constante des gaz parfaits, égale à 8,3144621 J·mol-1·K-1
T la température absolue en kelvin
a l'activité chimique de l'oxydant et du réducteur
F est la constante de Faraday, égale à 96 485 C⋅mol-1 = 1 F
n est le nombre d'électrons transférés dans la demi-réaction
[ox] l'activité chimique de l'oxydant
[red] l'activité chimique du réducteur
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