ما هو جهاز استشعار درجة حموضة الماء النقي؟

يُعدّ الماء النقيّ ضروريًا للعديد من التطبيقات، كالمختبرات وأحواض الأسماك والشرب، وحتى التجارب العلمية. ولكن كيف نتأكد من نقاء الماء؟ فوجود أيّ نوع من المواد الكيميائية قد يُلوّث الماء. ومن الطرق المُجدية استخدام جهاز استشعار الرقم الهيدروجيني (pH). إذ يُحلّل هذا الجهاز الرقم الهيدروجيني للماء ويُقدّم قيمته الآنية. كما يُمكنه رصد تغيّرات الرقم الهيدروجيني في الخزانات والأنابيب ومصادر المياه المفتوحة كالأنهار والبحيرات. ويُعطي مُخرج جهاز استشعار الرقم الهيدروجيني مؤشرًا قويًا على نقاء الماء.

لفهم مستشعر الرقم الهيدروجيني وآلية عمله بشكل كامل، تابع قراءة المقال. يشرح المقال أيضًا نطاق الرقم الهيدروجيني الأمثل للماء النقي، واستخدامات مستشعرات الرقم الهيدروجيني، ويقدم دليلًا موجزًا ​​حول كيفية اختيار المستشعر المناسب. يهدف هذا المقال إلى تزويد القارئ بالمعرفة الأساسية اللازمة لشراء مستشعر رقم هيدروجيني يلبي احتياجاته. لنبدأ بالأساسيات من خلال فهم مستشعرات الرقم الهيدروجيني للماء النقي!

1. ما هو مستشعر الرقم الهيدروجيني للماء النقي؟

يشير الرقم الهيدروجيني (pH) أو تركيز أيونات الهيدروجين في الماء إلى درجة حموضته أو قلويته. يقيس مستشعر الرقم الهيدروجيني تركيز أيونات الهيدروجين (pH) باستخدام إشارة كهربائية. ويتكون من قطبين كهربائيين: قطب قياس وقطب مرجعي.

يتطلب الكشف عن نقاء الماء استخدام أجهزة استشعار ذات حساسية عالية. ويُصعّب نقص المحتوى المعدني من رصد أي تغيير في درجة الحموضة، نظرًا لانخفاض القوة الأيونية للماء النقي. وقد تُعطي أجهزة استشعار درجة الحموضة التقليدية نتائج غير دقيقة ومضللة. في التطبيقات الحساسة، مثل مياه الشرب والتجارب المخبرية، تُعدّ قيمة درجة الحموضة الدقيقة ضرورية. ففي التجارب المخبرية، قد يؤدي استخدام جهاز استشعار غير دقيق إلى نتائج غير موثوقة وغير دقيقة، وقد يكون الماء غير صالح للشرب.

2. كيف يعمل جهاز استشعار الرقم الهيدروجيني للماء النقي؟

يُصمَّم مستشعر الرقم الهيدروجيني (pH) من خلال دمج مواد متعددة. إن فهم كيفية إسهام تصميم المواد المختلفة في إنتاج مستشعر فعال لقياس الرقم الهيدروجيني يساعد على تقدير هذه التقنية، كما يوفر رؤى معمقة قد تكون مفيدة لاتخاذ قرار الشراء وفهم أنواعها.

♦ مبدأ العمل الأساسي

كما ذكرنا سابقاً، يستخدم مستشعر الرقم الهيدروجيني للماء النقي قطبين كهربائيين لتشكيل جهاز الكشف. دعونا نرى كيف يكشف هذان القطبان عن تغير الرقم الهيدروجيني:

• قطب القياس: هو العنصر الأساسي المصنوع من زجاج خاص. وهو عبارة عن أنبوب زجاجي رقيق وحساس، مصنوع عادةً من تركيبة سيليكاتية محددة، غالباً ما تحتوي على الليثيوم وأكاسيد معدنية أخرى. ينتج الزجاج، بعد تفاعله مع الماء، إشارة. يتناسب الجهد الكهربائي طردياً مع درجة حموضة الماء (pH).
• القطب المرجعي: يُستخدم القطب المرجعي لتوفير قيمة جهد ثابتة ومستقرة تُستخدم لمقارنة قيمة قطب القياس. يتكون عادةً من محلول داخلي معروف، غالبًا ما يكون محلول ملحي مثل كلوريد البوتاسيوم (KCl)، مع مادة مرجعية مستقرة مثل الفضة/كلوريد الفضة (Ag/AgCl). يسمح الوصل المسامي بتلامس أيوني دون خلط المحلولين فعليًا، مما يُساعد على إلغاء تأثير تقلبات المحلول ودرجة الحرارة. يُعد القطب المرجعي عنصرًا أساسيًا في أجهزة الاستشعار عالية الحساسية.

♦ يُعدّ اكتشاف الماء النقي أمراً صعباً!

قد يُمثل الماء النقي، خاصةً بكميات صغيرة ضمن بيئة المختبر، تحديًا. فهو يتطلب أنواعًا محددة من أجهزة الكشف ذات حساسية عالية وتصميم مجسات أصغر. وكما نرى، تعتمد آلية العمل على تمرير تيار كهربائي عبر الماء للكشف عن تركيز أيوناته. إلا أن الماء النقي يحتوي على تركيز أيوني منخفض، مما يجعله عالي المقاومة الكهربائية. لذا، يتطلب الكشف عن تغير في تركيز الأيونات في الماء النقي ذي المقاومة الكهربائية العالية استخدام أقطاب كهربائية متخصصة. ولهذا السبب، لا تعمل جميع أجهزة الكشف عن الرقم الهيدروجيني (pH) مع الماء النقي.

♦ المعدات المطلوبة للكشف

يُعدّ مستشعر الرقم الهيدروجيني جزءًا من نظام متكامل ضروري لبدء عملية الكشف. إليك قائمة بالمعدات التي ستحتاجها لتوفير الطاقة، واستقبال الإشارة، وتفسيرها، وعرض النتيجة:

• مستشعر الرقم الهيدروجيني (مخرج mV أو mA)
• مصدر الطاقة (تيار مستمر 5-24 فولت)
• وحدة تعويض درجة الحرارة
• كابلات وموصلات محمية
• نظام العرض (SCADA/DCS)
• بروتوكول الاتصال (4-20 مللي أمبير، أو RS485 Modbus RTU، أو مخرجات الجهد التناظري)

3. نطاق الرقم الهيدروجيني المثالي للماء النقي

القيمة المثالية لدرجة حموضة الماء النقي هي حوالي 7. وهذا يعني أن الماء متعادل، أي لا يميل إلى الحموضة أو القلوية. ولكن كيف نتأكد من موثوقية قراءة مستشعر درجة الحموضة؟ يعتمد ذلك على دقة المستشعر ووضوحه، بحيث تكون دقته عادةً في حدود ±0.1 وحدة حموضة أو أفضل. مع ذلك، من المهم التأكد من معايرة المستشعر.

4. أين يُستخدم مستشعر الرقم الهيدروجيني للماء النقي

يمكن أن يبدأ استخدام مجسات الرقم الهيدروجيني من نطاق المختبرات وصولاً إلى أكبر نطاق ممكن، مثل خزانات تخزين الطاقة في محطات توليد الكهرباء. يتفاعل الماء الحمضي والقاعدي بشكل مختلف مع المعادن. يدرس العلماء والمهندسون هذا السلوك لتحديد نطاق الرقم الهيدروجيني المناسب لنظام أو آلة أو جهاز معين. فيما يلي بعض الاستخدامات الشائعة لمجسات الرقم الهيدروجيني ككاشفات للماء النقي:

◀ المختبرات والبحوث

الماء النقي مذيب عالمي، ومزجه بمواد كيميائية أخرى قابلة للذوبان قد يُسبب التخفيف. هذا مجرد مثال واحد من بين استخدامات عديدة في المختبرات. تُنتج شركات مثل RIKA مجسات قياس الأس الهيدروجيني (A1 أو A2) المناسبة للتطبيقات ذات الأحجام الصغيرة مع دقة عالية في الكشف. تُعد هذه المجسات مثالية أيضًا للدراسات البيئية، حيث تُستخدم لأخذ عينات من الأنهار والبحيرات والزراعة.

◀ أحواض السمك وأحواض الأسماك

من منا لا يستمتع بزيارة أحواض الأسماك ومشاهدة العجائب التي تعيش تحت سطح الماء؟ مع ذلك، يتطلب وجود الكائنات البحرية في أحواض الأسماك مستويات حموضة ثابتة تحاكي بيئات العالم الحقيقي. على سبيل المثال، تفضل أسماك المياه العذبة الاستوائية عادةً المياه الحمضية قليلاً (درجة حموضة 6.5-7.0)، بينما تحتاج الكائنات البحرية إلى ظروف قلوية أكثر (درجة حموضة 8.1-8.4) لمحاكاة بيئة المحيط.

◀ أنظمة تنقية المياه

لإنتاج مياه صالحة للشرب أو السباحة أو الاستخدام الصناعي، يُعدّ رصد مستوى الرقم الهيدروجيني (pH) أحد أهم المعايير. فالرقم الهيدروجيني المتعادل يعني خلوّ الماء من الملوثات وصلاحيته للاستخدام. ويُعدّ قياس الرقم الهيدروجيني للماء أمرًا بالغ الأهمية في جميع مراحل تنقية المياه تقريبًا، بما في ذلك التطهير والتخثير والتلبيد. كما يُساعد في مكافحة التآكل وتكوّن الترسبات الكلسية داخل الأنابيب، مما يُطيل عمر المعدات.

5. الفرق بين مسبار قياس الأس الهيدروجيني للأغراض العامة ومسبار قياس الأس الهيدروجيني للماء النقي

لا يمكنك استخدام مسبار قياس الأس الهيدروجيني متعدد الأغراض مع الماء النقي. فتصميمها وآليات عملها قد تختلف اختلافًا كبيرًا، مما قد يؤثر على النتائج. دعونا نقارن بينها:

★ مجسات قياس الأس الهيدروجيني للأغراض العامة

تتميز هذه المجسات بحجمها الكبير وتصميمها المتين الذي يناسب المحتوى الأيوني المتوسط. وهي مثالية لمعالجة مياه الصرف الصحي، والمعالجة الكيميائية، ومحطات توليد الطاقة، أو أي تطبيق صناعي آخر. وتتميز نتائجها بدقة مناسبة لهذه التطبيقات. مع ذلك، فهي غير مناسبة للأعمال المخبرية الدقيقة.

★ مجسات قياس درجة الحموضة للماء النقي

تتطلب عملية الكشف عن الماء النقي مجسات دقيقة للغاية لقياس درجة الحموضة. فأدنى تغيير في الماء قد يؤثر على النتائج. على سبيل المثال، قد يؤدي وجود ثاني أكسيد الكربون إلى تغيير النتيجة بشكل كبير، حتى وإن كان ذلك مؤقتًا. لذا، يلزم استخدام قطب مرجعي وطرائق تصميم أخرى لتحسين الكشف في المحاليل ذات القوة الأيونية المنخفضة كالماء النقي.

6. كيفية قياس درجة حموضة الماء النقي

الخطوة 1: تجهيز المستشعر

بعد اختيار المستشعر المناسب للتطبيق، اشطفه بالماء المقطر لإزالة أي شوائب. إليك بعض المستشعرات من شركة RIKA المناسبة للماء النقي بدقة ووضوح عاليتين:

• RK500-12 D1– مستشعر درجة حموضة الماء القياسي
• مستشعر درجة حموضة الماء عالي الحساسية RK500-12 من النوع A2
• RK500-12 النوع A1 – مستشعر غمر صغير لدرجة الحموضة

الخطوة الثانية: توصيل المستشعر

يحتاج مستشعر درجة حموضة الماء النقي إلى مصدر طاقة للتشغيل. قم بتوصيل مصدر الطاقة المناسب بعد تحليل مواصفات المستشعر (تيار مستمر 5-24 فولت) وتوصيل الإشارة (تناظري mV أو 4-20 مللي أمبير).

الخطوة 3: معايرة مستشعر درجة الحموضة في الماء النقي

لضمان دقة النتائج، قم بمعايرة المستشعر قبل التشغيل. استخدم محلولاً منظماً قياسياً (درجة حموضة 4، 7، 10). اتبع تعليمات الشركة المصنعة لإجراء معايرة ثنائية أو ثلاثية النقاط.

الخطوة الرابعة: اغمر المستشعر في الماء النقي

اغمر قطب القياس بالكامل في عينة الماء. تأكد من غمر وصلة المرجع بشكل صحيح أيضًا.

الخطوة 5: قراءة وتسجيل الرقم الهيدروجيني

امنح المستشعر بعض الوقت للوصول إلى ظروف التشغيل المثلى. ثم اقرأ وسجل قيمة الرقم الهيدروجيني.

خاتمة

يُعدّ رصد درجة حموضة الماء النقي أمرًا بالغ الأهمية في المختبرات، وتربية الأحياء المائية، وتنقية المياه، والتطبيقات البحثية. ويتطلب القياس الدقيق استخدام مجسات متخصصة مثل RK500-12 D1 وA2 وA1، التي تتميز بحساسية عالية ودقة متناهية وأداء موثوق في المحاليل منخفضة الأيونات. وعلى عكس المجسات العامة، تضمن هذه المجسات قراءات متسقة وتتوافق مع أنظمة القياس المتكاملة، بما في ذلك أنظمة المعايرة، وتعويض درجة الحرارة، وأجهزة الإرسال الصناعية.

خبرة شركة RIKA وتصميمها المتين واهتمامها بالجودة تجعلها موردًا موثوقًا لأجهزة مراقبة درجة حموضة المياه النقية. اختر مستشعرات RIKA لضمان قياس دقيق وموثوق وطويل الأمد لدرجة الحموضة في جميع تطبيقات المياه النقية. تفضل بزيارة موقعهم الإلكتروني للاطلاع على مجموعتهم الكاملة من أجهزة كشف درجة الحموضة !