ガラス電極 ph 計での不確かさについて

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1 ガガガガガ pH ガガガガガガガガガガガ ガガ (NMIJ/AIST, Japan) e-mail: [email protected]

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ガラス電極 pH 計での不確かさについて. 中村 進 ( NMIJ/AIST, Japan ) e-mail: [email protected]. Traceability system for pH measurement. (Notion definition). Primary (Harned cell) method. Primary pH buffer solution. (NMIJ, ….). Secondary (Glass electrode) method. Secondary pH buffer solution. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

1

ガラス電極 pH計での不確かさについて

中村 進 (NMIJ/AIST, Japan)e-mail: [email protected]

Page 2: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

2

Traceability system for pH measurement

HapH lg (Notion definition)

Primary (Harned cell) method

Primary pH buffer solution(NMIJ, ….)

Secondary (Glass electrode) method

Secondary pH buffer solution

Page 3: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

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ガラス電極法での不確かさの要因

液間電位差スターラの回転渦電流による電位変化温度効果ガラス電極表面の汚れメモリ効果測定電位のバイアスアルカリ誤差電気的なノイズ    など

Page 4: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

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2点測定法(bracketing procedure)

2 種類の pH 標準液 (pH1 と pH2)を用いて、試料の pH値を挟むように測定する。

Page 5: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

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Two point calibration

Page 6: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

6

k

E

k

EETkpHpH jx

X

)()15.298(1[ 1

11

Mathematical model

where k1 and k2 are slope factors of pH vs. temperature near T 25 C for buffers S

1 and S2 respectively;Ej = Ej1 - EjX is residual liquid junction p

otential

)}]15.298(1{)15.298(1{[ 2211

12

TkpHTkpH

EEk

Page 7: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

7

Uncertainty budget for general caseFactor Unit

Standard uncertainty

Sensitivity coefficient

Sensitivity coefficient

unit

Uncertainty contribution

pH1 1 0.01 0.50 1 0.0050

pH2 1 0.01 0.50 1 0.0050

E1 V 0.0002 8.4 1/V 0.0017

E2 V 0.0002 8.4 1/V 0.0017

Ex V 0.0002 -17 1/V 0.0034

T K 0.1 -0.0191 1/K 0.00191

Ej V 0.0006 17 1/V 0.010

0.013Combined standard uncertainty

Data from the IUPAC Recommendations 2002

Page 8: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

8

pH(1)

pH(2)

EMF(1)

EMF(2)

EMF(X)

T

E(j)

Contribution of different parameters to uncertainty of pHX

60 %

Page 9: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

9

不確かさの小さい pH測定

I. ほぼ同一組成の水溶液での pH 値では、液間電位差は無視できるので、Ej  0 u(Ej)  0II. Harned セルで求めた一次標準液を使用すると、u(pH1)  u(pH2)  0.002  0.005;

III. Differential - potentiometric cellを使用した場合

Page 10: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

10

Using of calibration solution ofthe same nominal composition

Page 11: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

11

Using of calibration solution ofthe same nominal composition

k

EETkpHpH x

X

)()15.298(1[ 1

11

0 jE

Page 12: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

12

Uncertainty budget for case IFactor Unit

Standard uncertainty

Sensitivity coefficient

Sensitivity coefficient

unit

Uncertainty contribution

pH1 1 0.01 0.02 1 0.00021

pH2 1 0.01 0.98 1 0.0098

E1 V 0.0002 0.36 1/V 0.000072

E2 V 0.0002 17 1/V 0.0033

Ex V 0.0002 -17 1/V 0.0034

T K 0.1 -0.0191 1/K 0.0019

0.011Combined standard uncertainty

Page 13: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

13

Uncertainty budget for case I + IIFactor Unit

Standard uncertainty

Sensitivity coefficient

Sensitivity coefficient

unit

Uncertainty contribution

pH1 1 0.0015 0.02 1 0.000032

pH2 1 0.0015 0.98 1 0.0015

E1 V 0.0002 0.36 1/V 0.000072

E2 V 0.0002 17 1/V 0.0033

Ex V 0.0002 -17 1/V 0.0034

T K 0.1 -0.0191 1/K 0.0019

0.0053Combined standard uncertainty

Page 14: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

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Contribution of different parameters to uncertainty of pHX

pH(1)

pH(2)

EMF(1)

EMF(2)

EMF(X)

T

Page 15: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

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2

5

2

4

2

3

2

2

2

1)( uuuuuEu

)1(

1

2

1

NN

EEu

N

ii

u2 :ガラス電極を含む pH メータの不確かさ 

Uncertainty of electromotive force測定起電力の不確かさは以下のように計算する。

平均値が期待値にどれだけ近いのか

Page 16: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

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u3 :短時間での起電力の安定性

u4 :長時間での起電力の安定性

u5 : pH メータの最小メモリの統計的誤差 

Uncertainty of electromotive force

Page 17: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

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Differential – potentiometric cell

① ②

①         compartment of standard buffer solution S;②         compartment of certified buffer solution X;③         hydrogen gas electrodes;④         sintered glass disk D4;⑤         sintered glass disks D0;⑥         water traps

Page 18: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

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Pt H2 Buffer S ¦ Buffer X H2 Pt

Mathematical model

FRT

ETkpHpH sx /10ln

)]15.298(1[ 1

where E is electromotive force of differential - potentiometric cell

Page 19: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

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Uncertainty budget for differential cell

Factor Unit Standard

uncertainty Sensitivity coefficient

Sensitivity coefficient

unit

Uncertainty contribution

pH1 1 0.0015 1.00 1 0.0015

E V 0.00006 17 1/V 0.001

T K 0.01 0.0191 1/K 0.0002

0.0018Combined standard uncertainty

Page 20: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

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Contribution of different parameters to uncertainty of pHX

pH(S)

EMF

T

85 %

Page 21: ガラス電極 pH 計での不確かさについて

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結論

ガラス電極法による pH 測定での拡張不確かさ U (k = 2) は、 0.025 0.030pH一次標準液を用い、この標準液と同一組成と見なせる場合は 0.01;Differential – potentiometric cell を用いた場合の拡張不確かさは 0.004