전자 화학의 이론 하드웨어의 선택을 중심으로.

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1 전자 화학의 이론 하드웨어의 선택을 중심으로

2 전자 화학의 이론 하드웨어의 선정에 관하여 누구에게 이익인가? 목적 pH 전기 전도도 계장 기술자 프로세스 엔지니어
컨설팅 엔지니어 목적 올바른 선정을 위하여 사용 수명의 극대화 전체 운전 비용의 절감

3 pH 및 전기 전도도의 선정: 산 농도의 측정 위의 곡선은 강산의 pH와 전기 전도도와의 관계에 관한 곡선이며 일반적인 pH로 측정하는 산 농도는 ppm 단위의 농도임을 보여 주고 있다. pH는 어떤 특정한 측정 즉, pH는 수소 이온에만 반응하므로 훨씬 농도가 높은 다른 물질 중에 있어도 낮은 농도(ppm 이하)의 수소 이온을 검출하는 것이 가능하다. 한편, 전기 전도도는 불특정 측정을 하므로 용액중의 모든 전해질 용액에 반응한다. 전기 전도도가 선택적으로 산에 반응하려면 산이 용액중의 유일한 전해 용액이든가 산의 전기 전도도가 용액의 주변 전기 전도도보다 월등히 높은 농도이어야 한다. 이것은 pH 측정이 어려운 농축 산 용액(퍼센트 단위의)의 농도 측정에 전기 전도도를 선택할 수 있음을 의미한다.

4 pH 및 전기 전도도의 선정: 염기 농도의 측정 강산 용액의 경우와 마찬가지로 ppm 단위의 강 염기 용액의 농도는 pH로 측정이 가장 잘 되는데 그 이유는 농도가 수산 이온(염기)의 농도에 정비례하는 수소에 선택적으로 반응하는 능력 때문이다. 더 강한 퍼센트 단위의 염기의 농도를 측정하는데 전기 전도도를 사용하는 이유는 pH전극은 10 pH를 넘는 수치에서는 나트륨 에러를 유발하기 쉽고 퍼센트 단위의 가성 용액에는 파손되기 때문이다.

5 pH란 무엇인가 ? pH의 관계식은 덴마크의 화학자인 소렌센에 의해 1909년에 유도되었다.
H2O H+ H+ H+ H+ pH의 관계식은 덴마크의 화학자인 소렌센에 의해 1909년에 유도되었다. (pH)라는 부호는 어떤 용액중의 수소 이온(H+)의 거동을 나타내는 것이다. pH는 어떤 용액의 산도 또는 염기도를 정하기 위한 측정 단위이다. pH 측정 및 컨트롤의 중요성은 화학 공학의 발전과 함께 더욱 중요해 지고 있다. 엄밀한 의미에서 pH란 수소 이온의 거동의 음의 대수를 의미한다. 거동은 농도에 어떤 상수(거동 계수)를 곱한 것을 의미하는데 이온의 영향에 대한 농도를 용액중의 이온 상호 작용으로 교정하는 것이다. 일반적인 용도로서 pH는 대부분의 경우, 매우 넓은 범위에서 수소 이온의 농도를 편리하게 표현하는 방법이 된다. 대부분의 응용에서 거동 계수는 상수가 되는 경향이 있으며 캘리브레이션에 의해 삭제 된다.

6 pH 척도와 몰/리터의 이온 농도 위의 표는 pH가 수용액 중에서 넓은 범위의 수소 이온의 농도를 아주 작은 숫자로 얼마나 편리하게 표현할 수 있는 가를 보여준다. 1 pH 단위가 변함에 따라 수소 이온의 농도는 10의 배수 단위로 변함을 보여 준다. 이것은 pH 컨트롤을 검토하는 데에 적용하거나 시약 공급에 대한 계획을 세울 때 매우 긴요하다.

7 산 및 염기의 pH 값 4.0 % 수산화 나트륨 0.04% 수산화 나트륨 마그네슘 유제 0.84% 중탄산 나트륨 25oC의 물
% 황산 0.0001% 염화 수산 0.01% 황산 pH의 전체 범위 (0 에서 14 pH)는 비교적 일반적인 화합물에서 접하게 되며 일반 가정 용품에서도 접하게 된다. 0.1% 염화 수산 4.9% 황산

8 pH 측정이 왜 필요한가 ? 화학 반응을 컨트롤 한다 부식 작용의 컨트롤 수처리 및 폐수처리 원료 및 생산물의 품질 컨트롤
어떤 용액의 pH는 화학 반응의 진행에 영향을 줄 수 있다. 부식 작용을 컨트롤 하는 경우 pH를 조절 하여 화학물질 생산 과정 중에 어떤 특정한 pH 범위가 어떤 필요한 화학 반응을 증진시키는데 필요로 할 수 있는 경우가 일어 나지 않도록 반응을 막는다. pH는 수처리 또는 폐수 처리에 매우 중요하다. pH의 중요성은 넓은 범위의 예에서 컨트롤 할 수 있는 것이 필요하다.

9 산의 당량 표 위의 표는 다른 농도에서 표준 체적의 여러 산에 대한 염기 당량을 보여 준다. 만약 이러한 양의 염기가 산에 첨가 되면 산의 적정 곡선의 등량점에 도달하였다고 할 수 있다. 만약 산과 염기가 둘 다 강하면, 다시 말해서 서로가 수소 이온과 수산화 이온으로 완전히 해리되면, 등량점(pH 7.0)은 또한 중성점이 된다. 만약 산 또는 염기가(또는 둘 다) 약하면, 등량점의 pH는 7.0 pH에 있게 되지 않을 것이다.

10 염기의 당량표 위의 표는 다른 농도에서 표준 체적의 여러 염기에 대한 산의 당량을 보여 준다. 만약 이러한 양의 산이 염기에 첨가 되면 염기의 적정 곡선의 등량점에 도달하였다고 할 수 있다. 만약 산과 염기가 둘 다 강하면, 다시 말해서 서로가 수소 이온과 수산화 이온으로 완전히 해리되면, 등량점(pH 7.0)은 또한 중성점이 된다. 만약 산 또는 염기가(또는 둘 다) 약하면, 등량점의 pH는 7.0 pH에 있게 되지 않을 것이다.

11 강산과 강염기에 대한 적정 곡선 어떤 특정한 염기(또는 그 반대)로 적정한 산의 적정 곡선은 염의 증가 또는 산이 첨가됨에 따라 등량점 이상 그 용액의 pH가 얼마나 변하는지를 보여 준다. 위의 적정 곡선은 강염기에 강산이 첨가 되는 것을 보여 준다. 곡선에서 보듯이, 작은 양의 등량의 염기는 pH 변화가 비교적 적다. 등량점 부근에서는 염이 조금만 첨가되어도 pH가 많이 변하게 되며 매우 민감해 진다. 등량점을 넘어서면, 많은 염이 첨가되어도 pH의 변화는 다시 적게 된다. 이것이 강산과 강염기의 적정 곡선이므로 등량점( )은 7.0 pH일 때이다. 강산과 강염기를 7.0 pH로 컨트롤하는 것은 매우 어려운 일임을 주시하여야 한다. 왜냐하면 등량점 부근에서는 염기가 아주 적은 양만 변하여도 pH는 많이 변하게 되기 때문이다. 산용액의 pH를 조절하려면 약한 염기를 사용하는 것이 좋다. 왜냐하면 적정 곡선이 달라 질 것이며 7.0 pH 부근에서 pH 변화가 크지 않을 것이기 때문이다.

12 전기 전도도 측정 수용액 중의 전해 물질의 농도를 측정하고 컨트롤 하기 위하여 사용됨. 측정 범위 적용되는 기술 산 염기 염
순수, μS/cm 진한 산, 염기 및 염 > 1,000,000 μS/cm 적용되는 기술 전극(Electrode) 유도성 (무전극 또는 토로이달이라 함) 공업적인 측면에서 전기 전도도 측정이란 대개 수용액 중의 물과 전해 물질의 측정으로 국한된다. 전기 전도도 측정의 범위는 몇 가지 양의 순서가 있어야 한다. 다양한 기술과 정밀도로 덕에 전체 범위에서 매우 정확한 측정이 가능해 진다. 2가지의 기술이 적용되는데 그 하나는 접촉식 전기 전도도 측정 방법이고 다른 하나는 토로이달 (유도식) 전기 전도도 측정 방법이다. 접촉식 전기 전도도 측정 방법은 두 개의 전극을 이용하는데 금속이나 흑연으로 만들어 져서 교류 전류가 걸린다. 전극 간에 흐르는 전류의 양은 용액의 전기 전도도 측정이 된다. 접촉식 전극은 다양한 크기와 형태로 제작이 되어서 넓은 범위의 전기 전도도를 측정할 수 있게 된다. 토로이달 전기 전도도 센서는 2개의 토로이드를 사용하며 직접 용액과 접촉하지는 않으나 폴리머로 밀봉되어 사용되거나 파이프의 외부에 부착하여 사용된다. 첫번째 토로이드는 교류 전류로 전압이 가해져 용액에서 전류를 유도한다. 용액의 전기 전도도와 비례하는 유도된 전류는 두번째 토로이드에서 전류를 유도한다. 가해진 전류와 검출된 전류의 비가 용액의 전기 전도도를 측정하는데 사용된다.

13 전기 전도도 측정 전기 전도도는 용액 중의 모든 전해 물질에 반응한다.
전기 전도도는 순수한 용액 중에서 어떤 특정한 전해 물질의 농도를 측정하는데 사용된다. 전기 전도도는 다른 여러 전해 물질 중 가장 우세한 전해 물질을 정하는데 도움이 된다. 전기 전도도 분석기의 일반적인 사용 일반 농도 측정 및 컨트롤. 순수 용액 및 혼합물의 희석도 컨트롤. 누수 검출. 계면 검출. 수질 전기 전도도는 pH와는 달리 불특정 측정이다. 왜냐하면 전기 전도도는 용액중의 모든 전해 물질에 반응하기 때문이다. 그럼에도 불구하고 일정한 조건하에서 어떤 특정한 전해 물질의 농도를 측정하는데 사용된다. 즉, 측정하고자 하는 농도 범위에서 측정이 가능한 전기 전도도의 변화가 있어야 한다. 전기 전도도가 강한 용액 중에서 농도가 감소하고 증가 함에 따라 농도 측정이 범위내에서 가능한데 이때 전기 전도도는 확실히 증가하거나 감소한다. 특정 농도의 측정 뿐만아니라 전기 전도도는 희석도의 측정 및 컨트롤, 기전력이 더 강한 용액에서 약한 용액으로 누수가 생기는 것을 검출하는데 사용된다.

14 전기 전도도 분석기와 트랜스미터 접촉식 전기 전도도 유도식 전기 전도도 전극이 측정하고자 하는 용액에 노출된다.
오염 물질이나 부식성 물질에 영향을 받는다. 유도식 전기 전도도 전극이 측정하고자 하는 용액에 노출되지 않는다. 오염 물질이나 부식성 물질에 비교적 영향을 받지 않는다. 접촉식 전기 전도도를 선택할 것인가 또는 토로이달 전기 전도도를 선택할 것인가는 각각의 주요한 특징에 기준을 두어야 한다. 접촉식 전기 전도도는 감도가 좋은 측정 방법이다. 주로 수처리 분야 특히 초순수에 응용된다. 그러나 전극이 코팅 되거나 부식이 되면 직접적으로 전기 전도도의 측정에 영향을 준다. 반면 유도식 전기 전도도는 접촉식 만큼 민감하지는 않으나 코팅에 비교적 영향을 받지 않으며 가혹한 화학 물질을 견딜 수 있는 재질을 선택하여 사용할 수 있다. 따라서 선택의 기준은 오염 물질이나 부식성 물질에 응용 여부에 달려 있다.

15 전기 전도도 선택 1,000,000 1.0 Ohm 10 100 1,000 10,000 100,000 1.0% 산 유도식 100.0 ppm 산 μS/cm 일반적으로 유도식 전기 전도도와 접촉식 전기 전도도의 선택 기준은 100 microSiemens/cm 에서 갈라진다. 접촉식 전기 전도도는 감도가 좋기 때문에 100 microSiemen/cm이하의 측정에 사용되며 1 microSiemen/cm이하의 경우에는 절대적으로 사용되어야 한다. 전기 전도도가 낮은 용액은 대개가 깨끗하며 일반적으로 오염되는 문제를 일으키지 않는다. 유도식 전기 전도도는 100 microSiemen/cm이상의 측정에 가장 적합하며 오염의 문제, 부식의 문제를 일으킬 수 있는 공정에 사용된다. 오염의 문제만 일으킬 수 있는 경우에 유도식 전기 전도도 측정 방법은 닦아주어야 하는 일이 감소된다. 접촉식 1.0 ppm 산 1 18.3 Meg Ohm

16 황산의 전기 전도도 특성 이 슬라이드의 목적은 농도 및 온도 변화에 따른 전기 전도도의 변화를 묘사하고자 함이다.
용액의 농도는 전기 전도도가 농도에 따라 엄밀히 증가하거나 감소하는 농도 범위에서 측정된 전기 전도도와 직접적으로 관련이 있다. 더 넓은 범위(최고점이 있는 범위)에서 하나의 전기 전도도 수치는 2개의 다른 농도에 응답하는데 유도된 농도가 애매할 수 밖에 없다. 위의 그래프를 보면 전기 전도도는 온도가 증가함에 따라 증가하며 60oC에 대한 전기 전도도 곡선을 사용하면 25oC의 경우와는 매우 다른 농도가 유도된다. 전기 전도도는 항상 온도가 증가함에 따라 증가하므로 전기 전도도 측정은 온도의 영향을 없애기 위하여 표준 온도 (대개 25oC)에서 교정되어야 한다.

17 온도 보정 각각의 전기 전도 용액은 고유의 전기 전도도 대 온도 곡선을 가지고 있다. 일반적인 온도 구배 :
산 : 1.0 to 1.6% /0C 염기 : to 2.2%/0C 염 : to 3.0%/0C 천연수 %/0C 화학 약품의 농도 컨트롤 시 0 에서 5%/0C의 온도 구배 조정을 하면 정확도가 더욱 좋아 진다. 전기 전도도가 낮은 측정 (< 10 microSiemen/cm)의 경우 정확도를 위히여 특별한 온도 보정이 필요하다. 용액의 전기 전도도는 온도에 따라 항상 증가하므로 정확하고 사용할 수 있는 전기 전도도 측정을 하려면 온도 보정을 하여야 한다. 그러나 용액이 온도에 따라 변하는 정도는 용액의 조성에 의해 결정된다. 전기 전도도 분석기의 온도 보정 과정은 겪게 될 범위의 온도 구배를 제공하는 탄력성이 있어야 한다. 가장 좋은 방법은 온도 구배를 조정할 수 있으면 된다. 전기 전도도가 낮은 물 (10 microSiemen/cm 이하)은 순수의 강하고 비선형적인 온도 거동 때문에 고유의 온도 거동을 갖고 있다. 특별한 온도 보정 과정이 사용되어야 하는데 그 과정은 순수의 온도 거동과 염이나 산이 있는 적은 농도의 온도 거동을 고려하고 있다.

18 pH 센서의 주요 구성 요소 측정 전극 (measuring electrode)
비교 전극 (reference electrode) 용액의 pH 변화나 다른 이온의 거동에 관계없이 안정된 비교 전위를 유지한다. 비교 전극 액체 졍션 (reference electrode liquid junction) 프로세스 용액을 통하여 pH 측정 전극과 비교 전극간에 전기적 접촉을 유지시킨다. 온도 보정 장치 (temperature compensator) 프로세스 온도 변화로 인한 pH 센서의 밀리볼트 출력의 변화에 대하여 교정한다.

19 pH 측정 전극 유리막 (Glass Membrane)
가장 일반적이며 정확하고 비용이 적게 드는 방법 안티몬 (Antimony) 위험한 물질 비선형성이며 반복적이지 않음 산화 환원 전위(ORP)에 민감 알카리성 용액에서 가장 잘 작동함 Ion Selective Field Effect Transistor (ISFET) 유리막 방식과 동등한 정확도와 선형도 표준 pH 분석기에 필요한 전자 공유가 필요 가격이 더 비쌈 전류 비교 셀(current referene cell)의 기술을 사용함

20 pH 측정 전극 pH 유리 전극은 수용액 중에서 pH에 정비례하는 밀리볼트의 전위를 발생시킨다. 유리관 KCl 전해액 은선
은, 염화은 유리 pH 전극은 일반 유리관으로 만들며 pH를 감지하는 유리구가 붙어 있어서 pH에 비례하는 밀리볼트의 전위를 발생시킨다. 유리 전극 안에는 은 또는 염화은으로 된 선이 있어서 주어진 온도에서 충진 용액 중의 은 이온의 농도에 따라 일정한 밀리볼트의 전위를 발생시킨다. 충진 용액 중의 은 이온의 농도는 염화 칼륨 (KCl)의 농도에 의해 조절된다. 이러한 내부 전위는 비교 전극에 맞추기 위하여 만들어 져서 내부 pH와 온도에 따른 비교 전극 전위의 변화를 가능한 없애 준다. pH 감지 유리

21 pH 감지 유리 이산화 규소(Silicon Dioxide)와 금속 (네트웍 모디파이어의 역할을 하는 붕소, 알루미늄 또는 칼슘) 산화물의 혼합물. 리튬이나 나트륨과 같은 알카리 금속이 유리 매트릭스에서 이온으로서 음이온 영역을 점유한다. 유리 매트릭스를 물속에 두게 되면 서서히 용해되어 얇은 여과층을 형성하여 알카리 이온이 수소 이온과 교환된다. 유리에 있는 실라놀 그룹(SiOH, 수산화 규소)과 용액중의 수소 이온이 평형을 이루는 여과층에서 pH 반응이 일어난다. pH 유리는 기전력을 낮추는 알카리 금속을 함유하는 특수한 조성의 유리이다. 물속에 놓아 두면 유리 매트릭스가 물에 의해 침식을 받아 실라놀 그룹 (Si--OH)이 갈라져서 용액중의 수소 이온과 평형을 이루게 된다. 즉, Si--OH <=> Si--O- + H+. 이 매트릭스가 물의 침식에 의해 갈라질 때, 원래의 유리 매트릭스 안에서 음이온 영역을 점유하고 있는 알카리 금속은 유리 매트릭스를 벗어나고 수소 이온에 의해 대체되어 실라놀 그룹을 형성한다. Si--OM + H+ => Si--OH + M+

22 pH 전극은 어떻게 작동하는가 ? 알카리 금속 이온 음이온 영역 유리 매트릭스 유리의 중심 내부 영역 여과층 외부 영역
M S 유리 매트릭스 (영향 받지 않은) 유리의 중심 내부 영역 여과층 유리 pH 전극의 표면( 내부 및 외부)은 3개의 영역으로 구성되어 있다고 할 수 있다. 첫 번째는 유리의 중심으로서 원래의 유리 매트릭스이며 물의 부식 작용에 의해 영향 받지 않는 부분이다. 유리 중심의 외부 표면에 바로 인접한 부분은 여과층의 내부 영역이며 여기서는 여과층이 형성되어 알카리 금속 이온이 수소 이온에 의해 대체 된다. 여과층의 외부 영역은 유리 전극의 표면 밖으로 확산되며 여기서 pH 반응이 일어나게 된다. 용액으로 부터 전극의 여과층으로 이동하는 수소 이온은 여과층 내의 다른 화학적 환경으로 인하여 용액 내에 있을 때와는 다른 화학적 전위를 나타낸다. 용액과 여과층간의 화학적 전위의 차이는 여과층으로 들어가거나 여과층에서 나가는 수소 이온을 선호하는 화학적 추진력을 제공한다. 수소 이온이 전하를 띄게 되면 화학 전위와 균형을 이루는 전기 전위가 있어서 전체 전자화학적 전위를 이루게 되며 용액의 pH와 전극의 표면에서 발생되는 전위와 관련이 되는 것이다. 유리 전극의 외부 표면은 프로세스 용액에 반응하는 전위를 발생시키며 유리 전극의 내부 표면은 전극의 충진 용액에 반응하는 전위 즉, pH를 발생시킨다. 유리 전극의 전체 전위는 이들 두 전위의 차이가 된다. 외부 영역 수소 이온 용해되고 있는 여과층

23 pH 센서의 출력은 25oC에서 mV 500 400 300 200 100 mV 출력 이론치 -100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 -200 이 슬라이드는 25oC에서 pH 전극과 비교 전극의 이론적인 반응을 묘사한 것이다. pH와 비교 전극 쌍의 이론적인 구배는 mV/pH이며 캘리브레이션 후 실제로 관측되는 유리 전극 구배의 기준이 된다. -300 -400 -500 pH 단위

24 pH 프리 앰프리파이어의 중요성 25oC에서 pH 전극은 pH 단위 당 59.16 mV를 발생시킨다.
오옴의 법칙 (Ohms Law ) 전압 (E) / 저항 (R) = 전류 (I) E/ R = I / 100,000,000 = 암페어 시그널의 안정도를 위하여 쌍으로 된 프리앰프가 필요하다. pH 전극의 전압(전위) 와 저항(임피던스)에 대하여 간단히 계산하여 보면 프리앰프를 거치기 전에는 pH를 측정하는 회로의 시그널(전류)이 매우 낮음을 보여 준다.

25 온도와 임피던스의 관계 25oC에서 온도가 약 8oC 변할 때마다 pH 유리 전극의 임피던스는 배가 되거나 절반이 된다.
센서로 부터 15피트 이상되는 곳에 프리앰프를 설치 하지 말 것 80oC 이상에서는 일체형 프리앰프를 사용하지 말 것 1000 메가 오옴의 임피던스 이상에서는 작동시키지 말 것 pH를 측정하는 회로는 측정하는 회로와 직렬을 이루는 유리 pH 전극 때문에 임피던스가 높다. Preamplifier는 센서의 시그널을 낮추어서 센서와 분석기 사이의 케이블을 따라 있는 간섭을 피하기 위하여 사용된다. pH 전극의 임피던스는 온도에 매우 민감하다. 온도가 낮으면 전극의 임피던스는 매우 증가하여 측정회로가 간섭을 더 받기 쉬우며 시그널을 조정하는 preamplifier 회로의 용량을 넘게 임피던스를 증가시킨다. Preamplifier는 가능한 pH 센서에 가깝게 위치해야 하며 높은 임피던스 시그널이 지나가야 하는 거리를 최소화 하기 위하여 가능한한 센서의 내부에 위치하는 것이 가장 이상적이다. 주의할 만한 예외는 센서가 80oC를 넘는 온도에 노출되면 preamplifier의 회로가 손상될 수 있다는 것이다.

26 pH 센서에 대한 자동 온도 보정 이 슬라이드의 목적은 pH전극과 비교 전극에 대한 온도 보정의 중요성을 보여 주기 위함이다.
온도에 따라 pH 전극과 비교 전극의 전위의 변화가 근본적인 오차를 발생시킬 수 있으므로 다른 pH 수치에서는 온도 보정이 필요하다. 온도에 따른 전위의 변화를 지배하는 관계식이 잘 알려져 있으므로 실질적으로 현대의 모든 pH 분석기는 전극의 온도 보정을 제공한다.

27 pH 전극의 수명에 미치는 온도의 영향 초기 프로세스에서 pH 전극의 일반적인 가용 수명은 실온에서 1년이다 (그 이상 훨씬 더 길기는 하나). 어떤 경우에든 프로세스의 온도가 증가하면 유리전극의 수명은 짧게 된다. 모든 제조 업체의 전극에 대하여 적용되는 일반적인 규칙은 유리전극의 수명은 온도가 25oC 증가 함에 따라 절반으로 준다고 되어 있다.

28 강산과 강염기 용액에서 온도 변화에 따른 pH의 변화
14 13 12 11 10 용액의 pH 9 4 5 6 7 8 이 그래프는 강산과 강염기에 대한 온도에 따른 pH의 변화를 보여 준다. pH 분석기가 pH 전극과 비교 전극에 대하여 온도 보정을 사용한다 하더라도 이러한 변화는 관찰됨을 주시해야 한다. 어떤 용액이 온도에 따라 pH를 변화 시키는 정도는 용액의 조성에 달려 있다. 위에서 보는 바와 같이, 산 용액은 온도 변화에 따른 측정할 수 있는 변화가 거의 없거나 아예 없음을 보여 주는데 이때 중성 용액 및 염기 용액의 pH는 온도에 따라 상당히 변화하게 된다. 온도에 따라 pH를 변화 시키는 용액을 다룰 때에 야기될 수 있는 이러한 문제는 pH 조정이 순전히 온도 변화에만 기인하는 pH 변화를 교정하도록 만들 수 있다는 것이다 위의 경우에서 : (1) 8.0 pH가 필요로 하는 pH 이고 pH가 실제로 25oC에서 8.0 pH이면 (2) 프로세스의 온도가 65oC 일 때 pH는 7.0 pH가 될 것이다. (3) 필요로 하는 pH는 8.0 pH이므로 사용자는 따뜻한 용액의 pH를 8.0 pH로 올리기 위하여 시약(염기)을 첨가하려고 할 것이다. (4) 그러나 만약 위와 같이 하면, 용액의 pH는 25oC로 냉각되자 마자 9.0 pH가 될 것이다. 그리고 그 결과로서 필요로 하는 pH도 얻지 못하고 시약만 낭비하게 되는 결과를 얻게 될 것이다. 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 온도 oC

29 용액의 온도 보정 표준 (전극) 온도 보정 과정이 온도에 따른 용액의 pH의 변화에 대하여도 교정하기 위하여 수정될 수 있도록 해 준다. 온도 보정 연산에 용액의 온도 계수 (oC 당 pH의 변화)를 첨가함으로써 효력이 생긴다. 온도 변화 때문에만 기인하는 pH의 편차를 교정하기 위하여 시약을 첨가하는 과실을 방지한다. 화학 약품 비용 절감 매 oC당 용액의 pH의 변화를 온도 계수라 한다. 이전의 도표에서 기본 용액의 온도 계수는 약 pH/ oC 였다. 용액의 온도 계수는 단지 용액이 가열되거나 냉각될 때의 pH를 측정함으로써 실험실에서 측정 될 수 있다. 온도에 따른 용액의 pH의 변화에 대한 온도 보정을 더하는 것은 온도 계수를 분석기안으로 넣는 단순한 일이다. 따라서 분석기는 온도 보정 과정에 온도 계수를 포함하며 전극과 용액의 온도 변화에 대한 측정을 보정한다. 이러한 향상된 온도 보정은 프로세스 용액에 적용하여 특징적으로 성분이 폭 넓게 변하지 않음을 주지하여야 한다. 그러나 폐수와 같이 시간에 따라 성분과 pH가 폭 넓게 변하여 용액의 온도 계수가 변하는 흐름도 또한 변하게 된다. 특징적인 온도 계수가 정의될 수 없으므로 향상된 온도 보정은 쉽게 다룰 수가 없다.

30 pH 유리 전극의 세정 해결 방법 알카리나 스케일의 코팅 산 코팅 오일, 그리스 또는 유기 화합물
5% 염산 용액 이나 식초 산 코팅 묽은 가성 소다 <4%NaOH 오일, 그리스 또는 유기 화합물 세제 센서 재질에 맞는 유기 솔벤트 1.5 m/sec.의 샘플 유속은 대부분의 코팅을 최소화하는 데 도움이 된다. 유리 pH 전극과 센서를 세정하는 일반적인 규칙은 가능한 가장 부드러운 세정 방법을 사용하는 것이다. 전극이나 센서의 노출을 최소한의 시간으로 제한하여 센서의 여러 부분의 침식을 최소화하고 세정 용액의 양도 최소화 하는 것 또한 좋은 방법이다.

31 pH 센서의 세정 방법 코팅되는 것을 최소화 하는 방법밖에 없다 초음파 세정 화학 약품 세정, 제트 스프레이
유통형 타입의 응용에 적합 가격이 비싸다 화학 약품 세정, 제트 스프레이 침적형 타입의 응용에 적합 비교적 효과적임 물리적인 브러쉬 방법 일반적으로 유리에 코팅되는 것과 같은 재질로 코팅 마모될 수 있다 역학적인 오류가 발생한다 유속에 의한 세정 유속으로 작동하는 테프론 볼을 사용 가장 효율적인 세정 방법 온라인 세정 방법은 코팅을 최소화하는 것에 불과하다. 사용되는 기술 중에 초음파 방식은 코팅 문제를 다루는데 있어서 가장 효과가 없다는 것은 널리 인정되고 있다. 다른 기술의 효율성은 상황에 따라 달라 지며 제트 스프레이 방식이 브러쉬 방식에 비해 더 효율적이라고 알려져 있다. 유속으로 작동하는 세정 방법은 최적의 세정을 하기 위하여 샘플의 흐름이 규정된 한계로 흐른다면 매우 효율적인 방법이다.

32 싱글 포인트 pH 캘리브레이션 (표준화 작업)
샘플을 측정하기 위하여 온라인 상태에서 실행 캘리브레이션되어 있는 포터블 분석기 사용 pH 센서의 설치 지점 또는 근방에서 샘플 채취 가능한 신속하게 샘플을 분석한다 프로세스의 환경으로 pH 센서를 캘리브레이션 pH 유리 전극이 코팅되지 않았음을 전제로 보정 정상적인 프로세스 조건 코팅을 최소로 잡음 액체 졍션의 전위로 작은 오프셋에 대하여 보정 유량, 압력, 온도, 컨덕턴스

33 샘플의 표준화 작업 싱글 포인트 캘리브레이션 금간 전극은 일반적으로 5.5 pH 근방에서 고정됨 온라인 진단은 오차를 방지
시프트 제로를 표준화 금간 전극은 일반적으로 5.5 pH 근방에서 고정됨 표준화 가능 온라인 진단은 오차를 방지 Zero Shift

34 투 포인트 pH 버퍼 캘리브레이션 초기 시운전 시 실행 pH 전극이나 센서를 교체할 때 실행
구배는 시간, 코팅, 온도가 상승함에 따라 감소 구배는 마찰, NaOH, KOH 또는 HF에 의한pH 전극의 부식에 따라 감소 대개 진단 목적으로 사용됨 허용 가능한 pH/mV 구배는 대개 47 mV/pH 에서 60 mV/pH 이론적인 25oC는 mV/pH 투 포인트 캘리프레이션은 pH 전극이 실제로 pH에 반응함을 보여 준다. 전극이 얼마나 잘 반응하는 가는 구배를 보면 알 수 있다. 그러나 버퍼 캘리브레이션을 하려면 센서를 라인에서 빼내야 하며 따라서 pH 측정치를 잃을 수도 있다. 버퍼 캘리브레이션을 하는데 드는 비용은 그것을 실행하는데 드는 인건비로 따지면 싱글 표준화 작업보다 비용이 더 든다.

35 pH 버퍼 캘리브레이션 투 포인트 캘리브레이션 자동 버퍼 캘리브레이션의 특징 pH 변화에 대한 센서의 반응을 검증
구배와 영점을 정함 자동 버퍼 캘리브레이션의 특징 버퍼의 수치와 일치시킴 온도에 따른 버퍼의 pH의 변화에 대하여 보정 밀리볼트 시그널이 안정된 후 캘리브레이션 실행 버퍼 2 영점 버퍼 1 버퍼 캘리브레이션과 관련한 가장 일반적인 에러 중 두 가지는 25 C이외의 온도에 대한 버퍼 수치 교정의 실패와 센서가 완전히 반응하도록 시간을 갖기 전에 캘리브레이션 수치를 받아들이는 것이다. 이 것은 또한 따뜻해져 있는 pH 센서를 차가운 버퍼 용액에 넣을 때에도 발생한다. 완전한 표준화 및 정확한 pH 수치는 pH 센서의 모든 구성 요소와 버퍼가 같은 온도가 되어야 가능하다. 자동 버퍼 캘리브레이션의 특징은 캘리브레이션 버퍼를 교정하는 온도를 일치시키고 캘리브레이션 과정을 수치가 안정될 때까지 끝내지 않는 다는 것이다.

36 요약 pH는 ppm 단위의 산 및 염기의 농도를 측정하는 것이다 퍼센트 단위의 농도 측정에는 전기 전도도를 사용한다
조작 범위에 따라 올바른 센서를 선택 pH 센서 측정 전극의 타입 < 10 μS/cm 전기 전도도는 특별히 고려되어야 함 전기 전도도 센서 전극 타입 < 100 μS/cm 유도 타입 > 100 μS/cm pH 센서의 예상 진단 기능 예방적인 유지 보수에 도움 온도 보정된 임피던스 측정이어야 함

37 요약 자동 pH 버퍼 캘리브레이션의 특징 온도 보정이 중요함 캘리브레이션 시의 일반적인 오류를 감소시킴
전기 전도도에 대한 온도 구배의 조정 산, 염기 및 염은 각각 고유의 농도 대 온도 곡선을 가지고 있다. 같은 화학 물질이라도 다른 농도에서 다른 구배를 가질 수 있다. 전기 전도도가 낮은 물은 특수 온도 보정이 가능한 분석기를 사용하여야 한다.