Bagaimana cara mengkalibrasi sensor pH?

Tahukah Anda bahwa sensor pH bekerja berdasarkan hukum dasar elektrokimia? Sensor pH yang sempurna akan menghasilkan 59,16 mV untuk setiap perubahan 1,0 unit pH dalam larutan. Namun, seiring waktu, tegangan ini dapat berubah karena penumpukan kotoran atau pengotor pada elektroda. Akibatnya, pembacaan menjadi tidak akurat dan terjadi pergeseran nilai. Oleh karena itu, kita perlu mengkalibrasi sensor pH secara berkala untuk memastikan hasil yang kita peroleh tetap dapat diandalkan.

Kalibrasi sensor pH memerlukan pemahaman tentang mekanisme kerjanya. Terdapat berbagai jenis sensor pH, yang dapat memiliki respons yang berbeda terhadap perubahan pH. Kita harus memahami perbedaan tersebut dan menerapkan metode kalibrasi dengan cermat untuk memastikan hasil yang tepat. Sensor kelas atas seperti seri RK500-12 dari Rika memiliki fitur yang membantu menjaga konsistensi hasil melalui membran kaca impedansi rendah.

Banyak fitur yang dapat mempermudah kalibrasi dan perawatan sensor pH air . Dalam panduan komprehensif ini, kita akan mulai dengan dasar-dasar tentang apa itu sensor pH, mengapa Anda perlu mengkalibrasi sensor pH, dan kapan Anda perlu mengkalibrasi sensor pH. Panduan ini memberikan informasi terbaru tentang sensor pH, dengan fokus pada poin-poin penting, khususnya proses langkah demi langkah untuk mengkalibrasi sensor pH guna mencapai hasil yang akurat. Mari kita mulai belajar!

Apa itu Sensor pH?

♦ Definisi

Sensor pH mengukur tingkat keasaman atau kebasaan cairan. Skala yang berkisar dari 0 hingga 14 digunakan untuk mengukur pH. Di sini, 14 berarti larutan basa, sedangkan 0 berarti larutan asam. Larutan air netral akan memiliki pH 7. Sensor pH hanya memeriksa larutan dan mengukur tingkat pH-nya. pH adalah potensi/kekuatan hidrogen.

♦ Prinsip Kerja Sensor pH

Mekanisme kerja sensor pH didasarkan pada pengukuran elektrokimia. Sangat penting untuk memahami prinsip kerjanya agar metode yang relevan dapat dipilih untuk mengkalibrasi sensor pH. Untuk mendeteksi pH, sensor membutuhkan elektroda kaca, elektroda referensi, dan konverter sinyal untuk menghasilkan hasil. Berikut adalah peran masing-masing komponen:

• Elektroda Kaca: Ini adalah membran kaca berbentuk bola lampu yang biasanya terletak di ujung sensor pH. Tujuannya adalah untuk bersentuhan dengan sampel air. Kaca tersebut terbuat dari bahan dengan impedansi rendah untuk memastikan sensitivitas yang lebih tinggi. Ketika bersentuhan dengan air, ia menciptakan perbedaan potensial yang proporsional dengan ion hidrogen (H⁺) dalam larutan. Persamaan Nernst menjelaskan seluruh fenomena ini:

E = E₀ + (2.303 . RT/nF) . log₁₀ [H⁺]

E adalah potensial terukur, E₀ _adalah potensial standar, R adalah konstanta gas, T adalah suhu, n adalah muatan, dan F adalah konstanta Faraday.

• Elektroda Referensi: Elektroda referensi memberikan potensial stabil yang digunakan sebagai pembanding terhadap potensial elektroda kaca. Biasanya berupa kawat yang dicelupkan ke dalam larutan KCl. Larutan KCl bersentuhan dengan air sampel melalui membran.
• Konverter Sinyal: pH adalah perbedaan potensial antara elektroda kaca dan elektroda referensi. Perbedaan potensial dicatat terhadap larutan standar dengan pH yang diketahui. Akhirnya, sinyal dalam bentuk potensial dikonversi menjadi RS-485 dan 4-20mA.

♦ Jenis-jenis Sensor pH

● Sensor pH Elektroda Kaca

Elektroda referensi tidak terdapat di dalam probe. Elektroda ini dapat dimasukkan secara terpisah ke dalam larutan air sampel. Elektroda ini hanya memiliki elektroda kaca yang menghasilkan potensial terhadap ion hidrogen (H⁺).

Contoh: Seri RK500-12 Rika Tipe-A1 untuk air biasa dan Tipe-B3 untuk lingkungan suhu tinggi

● Sensor pH Elektroda Kombinasi

Sensor-sensor ini menggabungkan elektroda kaca dan elektroda referensi ke dalam probe yang ringkas. Mereka menggunakan konsep tabung di dalam tabung. Tabung bagian dalam memiliki bola kaca, dan tabung bagian luar telah diisi dengan larutan KCl sebagai referensi.

Contoh: Sensor tingkat pH air Tipe-C1 seri RK500-12 dari Rika

● Sensor pH ISFET (Ion-Sensitive Field-Effect Transistor)

Perangkat ini menggunakan sensor solid-state yang sensitif terhadap ion H ⁺ . Sensor ini mengukur perubahan pH melalui konduktivitasnya. Perangkat ini tahan terhadap kerusakan dan cocok untuk lingkungan bertekanan tinggi.

● Sensor pH Oksida Logam

Alih-alih menggunakan kaca, sensor pH oksida logam menggunakan logam seperti iridium oksida untuk mendeteksi H ⁺ dan menciptakan potensial. Sensor ini menawarkan ketahanan dalam kondisi yang keras dan mendeteksi pH melalui reaksi redoks.

● Sensor pH Celup

Sensor pH ini memiliki kemampuan untuk bekerja meskipun seluruh tubuh terendam dalam air. Hal ini biasanya dicapai dengan menggunakan sistem penyegelan yang efisien. Sensor ini akan mencantumkan peringkat IP-nya menggunakan konektor tersegel (M8/M16) dan material yang kuat (Kaca+ABS).

Contoh: Sensor pH Celup Tipe-B2 Seri RK500-12 dari Rika

Panduan Langkah demi Langkah untuk Mengkalibrasi Sensor pH

★ Prinsip-prinsip Utama Sebelum Memulai

• Frekuensi: Kalibrasi setiap 2-3 jam untuk penggunaan laboratorium atau berdasarkan inspeksi (1-2 hari awalnya, kemudian sesuaikan per adanya pengotoran/penyimpangan). Untuk sensor pH skala industri, Rika merekomendasikan pemeriksaan rutin setiap 3-6 bulan.
• Larutan penyangga: Gunakan larutan bersertifikat dan dapat ditelusuri (misalnya, pH 4, 7, 10) yang mencakup rentang pengukuran Anda, sebaiknya dengan selisih ≥2 unit pH. Buang larutan yang digunakan untuk kalibrasi setelah digunakan. Pastikan suhu sesuai dengan proses (standar 25°C).
• Alat yang Dibutuhkan: pH meter, larutan penyangga, air suling/deionisasi, termometer/RTD (untuk kompensasi), sikat lembut/HCl/NaOH untuk membersihkan, tisu (jangan digosok untuk menghindari listrik statis).
• Kesalahpahaman: Harapkan nonlinieritas (3 bagian: 0-2, 6-8, 12-14 pH karena pergeseran titik isoelektrik). Koefisien aktivitas seringkali tidak diperlukan. Gunakan penambahan standar untuk sampel kompleks.
• Keselamatan: Tangani asam/kaustik dengan sarung tangan. Hindari sianida dengan HCl (risiko gas beracun).

Struktur dasar elektroda pH kaca, menunjukkan membran kaca, referensi internal, dan elektrolit.

Langkah 1: Persiapan dan Inspeksi Awal

• Siapkan Bahan-Bahan: Pastikan larutan penyangga masih baru (misalnya, pH 4,01, 7,00, 9,21/10,01). Gunakan air suling untuk membilas. Sediakan termometer jika tidak ada kompensasi bawaan.

Catatan: Rika memiliki fitur penyesuaian otomatis resistansi termal untuk suhu 0-100°C pada beberapa model.

• Periksa Sensor: Lepaskan dari proses/penyimpanan. Periksa secara visual adanya pengotoran, retakan, atau elektrolit rendah (elektroda kaca). Untuk sensor seperti RK500-12 dari Rika, pastikan segel IP68 masih utuh.
• Menyalakan dan Menstabilkan: Hidupkan meteran. Beri waktu 1-3 menit agar output sensor mencapai keseimbangan. Untuk meteran berbasis mikroprosesor (misalnya, output RS485 Rika), masuk ke mode kalibrasi.

Langkah 2: Membersihkan Sensor

Pembersihan wajib dilakukan sebelum kalibrasi untuk menghilangkan lapisan atau kotoran yang menyebabkan kesalahan. Lewati langkah ini hanya jika pemeriksaan cepat memastikan tidak ada kotoran.

• Bilas: Gunakan air suling/air keran hangat atau semprotan air untuk menghilangkan kotoran yang menempel.
• Pembersihan Umum: Rendam dalam air deterjen selama 5 menit. Gosok bohlam/referensi dengan lembut menggunakan sikat lembut. Pastikan sikat tidak kasar.
• Untuk Kontaminan Tertentu:
  • Kondisi basa/berkerak: Rendam dengan larutan HCl 5-10% atau cuka (<5 menit)
  • Asam: Rendam dengan NaOH lemah (<4%)
  • Minyak/Organik: Deterjen atau pelarut yang kompatibel
  • Anorganik/Organik: 0,1 mol/L HCl/NaOH untuk senyawa anorganik. Alkohol/aseton untuk senyawa organik, lalu bilas.
• Bilas dan Stabilkan: Bilas dengan air; rendam dalam larutan penyangga pH 7 atau air keran selama beberapa menit untuk menetralkan/menstabilkan. Keringkan dengan menepuk-nepuk (jangan digosok; Hamilton).
• Hindari untuk Jenis Lain: ISFET/oksida logam mungkin tidak memerlukan pemeriksaan elektrolit, tetapi hindari bahan abrasif.

Catatan: Jika pembacaan tetap tidak akurat setelah pembersihan, lanjutkan ke kalibrasi. Jika elektroda sangat kotor, gantilah.

Langkah 3: Lakukan Pemeriksaan Kalibrasi (Verifikasi Cepat Opsional)

Sebelum melakukan kalibrasi penuh, verifikasi apakah diperlukan.

• Rendam dalam Larutan Penyangga: Tempatkan dalam larutan pH 7 (offset) dan pH 4/10 (span); catat pembacaannya tanpa melakukan penyesuaian.
• Periksa Toleransi: Jika dalam rentang ±0,1 pH, kalibrasi tidak diperlukan—pasang kembali. (Rika menawarkan akurasi ±0,01 pH).
• Pengadukan: Aduk perlahan hingga merata, lalu ukur tanpa diaduk untuk menghindari gangguan pada Lapisan Difusi (DL)/Lapisan Transisi (TL).

Catatan: Jika di luar toleransi, bersihkan lagi atau kalibrasi.

Langkah 4: Kalibrasi Lengkap (Standar Dua Titik untuk Elektroda Kaca)

Untuk sebagian besar aplikasi, penggunaan standar dua titik efisien dan mengembalikan akurasi sensor pH. Meter berbasis mikroprosesor akan menghitung kemiringan/offset secara otomatis. Anda mungkin perlu menghubungkan alat kalibrasi atau antarmuka dengan sensor pH proses.

• Pilih Larutan Penyangga: Dua larutan penyangga yang mencakup rentang yang Anda butuhkan (misalnya, 4 dan 7 untuk asam; 7 dan 10 untuk basa). Larutan ini cocok untuk sensor seperti Rika dengan rentang yang luas (0-14 pH).
• Pencocokan Suhu: Pastikan buffer berada pada suhu proses (standar 25°C). Gunakan kompensasi bawaan Rika atau input manual.
• Bilas dan Rendam dalam Larutan Penyangga Pertama: Bilas sensor. Rendam dalam larutan pH 7 (atau yang terendah). Diamkan selama 1-3 menit (8-10 detik untuk Rika dalam cairan yang mengalir).
• Aktifkan Kalibrasi: Ikuti petunjuk meteran. Konfirmasi pesan pembersihan.
• Bilas/Keringkan: Bilas dengan air deionisasi. Tepuk-tepuk hingga kering (jangan digosok untuk mencegah listrik statis).
• Larutan penyangga kedua: Ulangi untuk pH 4/10. Meter menyesuaikan kemiringan/offset. Simpan data.
• Verifikasi: Periksa kembali di buffer. Kemiringan harus 92-102%. Jika ada peringatan, seperti buffer yang salah, bersihkan/coba lagi.

Catatan: Untuk multi-titik, tambahkan 3+ buffer (misalnya, 4, 7, 9, 10) untuk rentang yang luas atau ketidakpastian minimum. Model presisi tinggi Rika mendapat manfaat dari MPC untuk mengkarakterisasi nonlinieritas.

Langkah 5: Pasca-Kalibrasi dan Verifikasi

• Dokumen: Catat tanggal, penyangga, kemiringan/pergeseran, suhu.
• Instal ulang: Sesuai aplikasi, seperti sensor proses dari Rika submersible Tipe-B2.
• Penyelesaian masalah:
  • Berisik/Tidak Stabil: Periksa kabel/ground loop. Bersihkan lagi.
  • Nonlinieritas: Diperkirakan terjadi pada nilai ekstrem dan perbedaan yang lebih besar antara solusi standar. Gunakan titik-titik yang mendekati sampel.
  • Ketidaksesuaian Sambungan/Kesalahan Natrium: Gunakan referensi sambungan ganda (opsi Rika).

Langkah 6: Pemeliharaan dan Frekuensi untuk Akurasi Jangka Panjang

• Penyimpanan: Dalam larutan KCl 3M atau KCl jenuh. Hindari air suling (mengeringkan elektroda).
• Penyesuaian Frekuensi: Periksa/bersihkan setiap 3-6 bulan. Kalibrasi jika penyimpangan >±0,2 pH atau setelah paparan ekstrem.
• Diagnostik Sensor: Meter modern (misalnya, Rika) memantau impedansi/kemiringan. Ganti jika perubahan impedansi <92% atau >102%.

Kesimpulan

Mendeteksi pH dalam air memberikan wawasan tentang komposisi kimianya. Hal ini dapat mendeteksi perubahan yang tidak terlihat oleh mata telanjang. Para insinyur dan ilmuwan telah mengembangkan berbagai jenis sensor pH, masing-masing dapat diaplikasikan untuk penggunaan spesifik. Ini termasuk elektroda kaca, elektroda kombinasi, ISFET, sensor oksida logam, dan sensor yang dapat direndam. Desain yang paling populer, hemat biaya, dan akurat adalah elektroda kaca. Namun, seiring waktu, kemampuan deteksi sensor dapat menurun. Oleh karena itu, frekuensi kalibrasi 3 hingga 6 bulan ideal untuk sebagian besar sensor kelas industri. Inspeksi, pembersihan, pemeriksaan kalibrasi, kalibrasi penuh, dan pemeriksaan pasca kalibrasi adalah langkah-langkah penting yang harus dilakukan selama proses kalibrasi. Proses ini harus mengembalikan presisi dan akurasi sensor.

Sensor yang kurang berkualitas mungkin memerlukan kalibrasi yang sering dan dapat memberikan respons yang tidak merata pada larutan buffer yang tepat. Untuk akurasi tinggi dan kalibrasi ulang yang efisien, pertimbangkan sensor pH air Rika . Sensor ini menyediakan rentang pengukuran yang luas (0-14pH), resolusi luar biasa (0,01pH), kompensasi suhu (0-100°C), dan efisiensi daya pada sensor pH-nya (<0,15W). Selain itu, desain terbarunya menawarkan material yang kokoh seperti Glass+316L atau PC+ABS dengan peringkat IP68 dan daya tahan terhadap perendaman hingga 1MPa. Kunjungi situs web Rika untuk menjelajahi semua pilihan yang tersedia.

Pertanyaan yang Sering Diajukan tentang Sensor pH

Q1:Mengapa Sensor pH Perlu Dikaliibrasi?

Setiap sensor akan mengalami penyimpangan dan kehilangan akurasi seiring waktu. Penyebabnya dapat dikaitkan dengan komponen penginderaan. Oleh karena itu, kuncinya adalah membersihkan dan mengkalibrasi sensor secara berkala. Biasanya, untuk sensor pH kelas industri, 3-6 bulan sudah cukup. Kalibrasi rutin akan membantu menjaga presisi sensor.

Q2:Kapan Harus Mengkalibrasi Sensor pH Anda?

Ada dua pendekatan untuk kalibrasi sensor pH: pemeliharaan preventif dan pemeliharaan korektif. Pemeliharaan preventif melibatkan kalibrasi dan pemeriksaan berkala, yang sebaiknya dilakukan setiap 3-6 bulan untuk sensor industri dan setiap kali pengukuran untuk pengujian laboratorium. Pemeliharaan korektif diperlukan ketika sensor pH terpapar kondisi ekstrem, disimpan dalam waktu lama, menghasilkan pembacaan yang tidak konsisten, atau terkontaminasi.

Q3:Larutan penyangga apa yang sebaiknya saya gunakan?

Gunakan bahan referensi bersertifikat (CRM), rentang buffer dengan rentang ≥2 unit pH, sesuaikan suhu standar 25°C, dan gunakan buffer netral. Hal ini akan memastikan hasil yang akurat, karena respons mungkin tidak linier antara tingkat pH yang berbeda.

Bisakah saya melakukan kalibrasi di lapangan?

Ya, Anda dapat melakukan kalibrasi di lapangan. Alat yang dibutuhkan meliputi pH meter portabel, larutan buffer bersertifikat, air suling, sabun, deterjen, tisu, larutan HCl/NaOH 5%, dan permukaan yang stabil. Namun, selama proses kalibrasi, alat tersebut mungkin terputus dari pengontrol proses.