prinsip kerja sensor Ph

loading...

Gambar 3.1 Skema Sistem Elektrode Kaca

(Sumber)

Prinsp kerja utama pH meter adalah terletak pada sensor probe berupa elektroda kaca (glass electrode) dengan jalan mengukur jumlah ion H₃O⁺ di dalam larutan. Ujung electrode kaca adalah lapisan kaca setebal 0,1 mm yang berbentuk bulat (bulb). Bulb ini dipasangkan dengan silinder kaca non-konduktor atau plastic memanjang, yang selanjutnya diisi dengan larutan HCL (0,1 mol/dm³). Di dalam larutan HCL, terendam sebuah kawat electrode panjang berbahan perak yang pada permukaannya terbentuk senyawa setimbang AgCl. Konstantanya jumlah larutan HCl pada system ini membuat electrode Ag/AgCl memiliki nilai potensial stabil.

Inti sensor pH terdapat pada permukaan bulb kaca yang memilki kemampuan untuk bertukar ion positif (H+) dengan larutan terukur. Kaca terusun atas molekul silicon dioksida dengan sejumlah ikatan logam alkali. Pada saat bulb kaca ini terekspos air, ikatan SiO akan terprontonasi membentuk membrane tpis HSiO⁺ sesuai dengan reaksi berikut :

SiO + H₃O⁺   HSiO⁺ + H₂O

  

Gambar 3.2 Proses Pertukaran Ion H⁺

(Sumber)

Seperti pada ilustrasi di atas bahwa pada permukaan bulb  terbentuk semacam lapisan “gel” sebagai tempat pertukaran ion H⁺. Jika larutan bersifat asam, maka ion H⁺ akan terikat ke permukaan bulb. Hal ini menimbulkan muatan positif terakumulasi pada lapisan “gel”. Sedangkan jika larutan bersifat basa, maka ion H⁺ dari dinding bulb  terlepas untuk bereaksi dengan larutan tadi. Hal ini menghasilkan muatan negative pada dinding bulb.

Pertukaran ion hydronium (H⁺) yang terjadi antara permukaan bulb kaca dengan larutan sekitarnya inilah yang menjadi kunci pengukuran jumlah ion H₃O⁺ di dalam larutan. Kesetimbangan pertukaran ion yang terjadi di antara fase dinding kaca bulb dengan larutan, menghasilkan beda potensial di antara keduanya.

E_{dinding kaca/larutan} |RT/2,303F loga(H₃O⁺)|……………….Eq.1

Dimana R adalah konstanta molar gas (8.314 J/mol K), T untuk temperature (Kelvin), F adalah konstanta Faraday 96485.3 C/mol, 2.303 adalah angka konversi antara logaritma alami dengan umum, dan a(H₃O⁺) adalah aktivitas dari hydronium (bernilai rendah jika konsentrasinya rendah). Pada temperatur 25⁰C nilai dari RT/2.303F mendekati angka 59.16 mV. Angka 59.16 mV ini menjadi bilangan penting karena pada suhu konstan larutan 25⁰C, setiap perubahan 1 satuan pH, terjadi perubahan beda potensial electrode kaca sebesaar 59.16 mV.

Perhitungan nilai aktivitas hidronium (a(H₃O⁺)) pada persamaan di atas memiliki rentang yang sangat lebar yakni antara 10 hingga 10^-15 mol/dm³. sehingga untuk meringkas persamaan, maka lahirlah pH dengan persamaan sebagai berikut:

Gambar 3.3 Kurva Perubahan pH Dengan Beda Potensial

(Sumber)

Tanda negative adalah untuk membuat sesuatu nilai pH dari berbagai larutan, kecuali larutan yang bersifat sangat ekstrim asam, menjadi bernilai positif.

Seperti yang telah kita bahas diatas, bulb kaca berisi larutan HCL yang merendam sebuah elektroda perak. HCl ini memiliki pH konstan karena ia berada pada system yang terisolasi. Karena pH konstan inilah maka ia menciptakan beda potensial yang konstan pada temperature yang konstan pula.sebut saja potensial tersebut E’, maka persamaan (Eq.1) diatas bersama dengan persamaan (Eq.2) didapatkan persamaan beda potensial total dari electrode kaca:

E_{elektrode kaca} = E’ – RT/2.303F pH……………..Eq.3

Gambar 3.4 Elektroda kaca

(Sumber)

Pada sebah system pH meter secara keseluruhan, selain terdapat electrode kaca juga terdapat elektroda referensi. Kedua elektroda tersebut sama-sama terendam ke dalam media ukur yang sama. Elektroda referensi digunakan untuk menciptakan pH yang valid, elektroda referensi harus memiliki nilai potensial stabil dan tidak terpengaruh oleh jenis fluida yang diukur.

Seperti halnya elektroda kaca, didalam elektroda referensi juga digunakan larutan HCl (elektrolit) yang merendam elektroda kecil Ag/AgCl. Pada ujung elektroda referensi terdapat liquid junction berupa bahan keramik sebagai tempat pertukaran ion antara elektrolit dengan larutan terukur, pertukaran ion ini dibutuhkan untuk menciptakan aliran listrik sehingga pengukuran potensiometer (pH meter) dapat dilakukan.

Gambar 3.5 Rangkaian Elektrode Kaca dan Elektrode Referensi Pada pH Meter

(Sumber)

Elektroda referensi memiliki nilai potensial yang konstan, sehingga persamaan rangkaian potensiometer secara keseluruhan dapat ditulis sebagai berikut:

E = E_{elektrode referensi} + E_{elektrode kaca} ...... Eq. 4

Dengan memasukan persamaan (Eq.3) ke dalam persamaan di atas, didapatkan persamaan dasar perhitungan pH.

 E = E_{elektrode referensi} + E' - RT/2,303F   pH ...... Eq. 5

Gambar 3.6 Pengaruh Perubahan Temperatur Terhadap Pengukuran pH

(Sumber)

Gambar 3.7 Diagram Sederhana pH Meter

(Sumber)

Pengukuran pH sangat dipengaruhi oleh temperature larutan. Oleh karena itu diperlukan sensor temperature (thermoprobe) pada rangkaiaan pH meter. Pembacaan temperature tersebut menjadi input perhitungan pH yang dilakukan oleh microprocessor.

loading...