Guide de sélection d'électrodes de pH
Utilisez ce guide pour déterminer les composantes et le style d'électrode qui conviennent le mieux aux solutions à mesurer.
Composantes d'électrode
La majorité des électrodes sont des électrodes combinées. Une électrode comprend deux éléments principaux. Le premier élément se compose d'une demi-cellule de mesure alors que le deuxième comprend la demi-cellule de référence. Les deux demi-cellules doivent être employées ensemble afin d'obtenir une mesure de pH. La demi-cellule de mesure est la partie du système qui est responsable de la mesure; visualisez la comme l'extrémité positive (+) du circuit. Cette partie de l'électrode comprend typiquement une membrane qui est sensible aux variations de pH de la solution mesurée. La demi-cellule de référence procure un potentiel de référence stable qui est nécessaire à la mesure du pH; visualisez la comme l'extrémité négative (-) du circuit.
La majorité des électrodes offertes par Cole-Parmer sont des électrodes combinées. Ces dernières comprennent les deux-demi-cellules – la demi-cellule de mesure et la demi-cellule de référence – en une seule sonde. Cole-Parmer offre aussi des demi-cellules de mesure et de référence individuelles mais elles sont de moins en moins en demande. La meilleure option dépendra du type d'échantillons que l'utilisateur aura à mesurer. Les sections suivantes décrivent les différents types d'électrodes et expliquent ce qui les différencient.
Époxy vs verre
Les électrodes avec corps en époxy sont plus durables, généralement plus économiques et idéales pour les environnements où une manipulation brusque est prévue. Toutefois, la limite de température maximale pour la plupart des électrodes avec corps d'époxy est d'environ 80 ºC (176 ºF).
Les électrodes avec corps de verre sont capables de résister à des températures beaucoup plus élevées, jusqu'à 100 ou 110 ºC (230 ºF) selon l'électrode spécifique, et offrent également une résistance chimique aux solvants et matériaux hautement corrosifs. Les électrodes de verre sont également plus faciles à nettoyer après usage. Chaque type d'électrode aura besoin de soins lors de la manipulation, car même une petite fracture du bulbe ou du corps de l'électrode peut entraîner des résultats erronés.
Sondes ISFET
Les électrodes semi-conductrices ISFET (transistor à effet de champ spécifique aux ions) dotées d'une surface de mesure sans verre sont incassables et faciles à nettoyer pour un entreposage à sec. Elles constituent un bon choix dans le domaine alimentaire car elles permettent d'éviter tout risque de bris de verre pouvant contaminer les échantillons. Un autre avantage des électrodes ISFET est leur capacité à mesurer les petits volumes d'échantillons, dont la plupart ne dépassent pas 30 microlitres.
Électrodes scellées vs rechargeables
Les électrodes scellés ou remplies de gel sont pratiquement sans entretien et idéales pour la plupart des applications. Elles s'avèrent aussi généralement un choix plus économique. Cependant, quand le niveau de la solution interne devient trop bas (ou qu'il s'assèche), il faut remplacer l'électrode. Voilà pourquoi les électrodes scellées ont normalement une durée de vie plus courte que les électrodes rechargeables.
Les électrodes rechargeables ont un orifice dans le haut de l'électrode par lequel on injecte la solution de remplissage lorsque le niveau de la solution interne est bas ou épuisé. Dans plusieurs cas, cela permet de prolonger considérablement la durée de vie de l'électrode. Les électrodes rechargeables permettent à l'utilisateur de remplacer la solution de remplissage lorsque cette dernière est contaminée. Les utilisateurs peuvent aussi changer la solution de remplissage pour des besoins spéciaux, par exemple lors de mesures de pH dans des solvants organiques.
Il y a un mythe voulant que les électrodes rechargeables soient plus précises que les électrodes scellées. Or, cela est tout à fait faux. Certaines électrodes scellées très précises offrent des lectures comparables voire plus précises que les électrodes rechargeables. Par exemple, l'électrode scellée chargée de polymères ROSS™ offre une précision de 0,02 unités de pH. En comparaison, la majorité des électrodes rechargeables offrent une précision de 0,01 à 0,02 unités de pH.
Simple-jonction vs Double-jonction
Dans les électrodes combinées, la jonction de référence permet aux ions H+ de circuler librement entre les cellules de référence et de mesure afin de compléter le circuit électrique. Les jonctions typiques sont faites d'un matériau de céramique et viennent en format simple ou double. Les électrodes économiques à jonction simple sont idéales pour les applications générales et les applications d'eau propre. Elles ne sont généralement pas recommandées pour une utilisation avec des échantillons comportant des protéines, matières organiques, métaux lourds, sulfures, tampons Tris ou toute autre matière biologique. En effet, les échantillons sont susceptibles de réagir avec la quantité trace d'argent présente dans les électrodes. Les électrodes à double-jonction sont recommandées pour ces applications puisqu'elles ont une barrière supplémentaire qui bloque cette réaction. Les électrodes à double-jonction ont aussi tendance à durer plus longtemps à cause de cette barrière supplémentaire.
Bien que la plupart des cellules de référence disposent d'une jonction de verre perméable aux ions H+, des électrodes avec jonctions de référence en PTFE sont également disponibles. Les électrodes avec jonction de PTFE sont mieux adaptées à une utilisation avec des solutions très visqueuses ou qui ont des particules qui bouchent les jonctions de verre conventionnelles. Des exemples de ces applications incluent la mesure de pH dans l'huile, la peinture, la pâte ou l'encre.
Une variété de jonctions d'électrodes spécialisées en fonction d'applications spécifiques sont également disponibles :
• Électrodes à jonction rinçable/Sure-Flow® – idéales pour les échantillons visqueux ou souillés; la jonction est rinçable, peut empêcher le colmatage et offre des temps de réponse plus rapides en raison d'une circulation constante de la solution de remplissage dans les échantillons à mesurer. Elles conviennent à tous les types d'échantillons même les plus visqueux quoiqu'elles exigent un remplissage plus fréquent dû à un taux de fuite élevé.
• Électrodes à capillaire de verre/à pores ouvertes – procurent une jonction plus large et un flux accru ce qui contribue à stabiliser le potentiel de jonction.
• Électrodes à jonction de mèche – généralement fabriquées à partir de fibres de verre, faisceaux de fibres optiques ou Dacron®. On les retrouve sur les électrodes de corps d'époxy pour la mesure d'échantillons aqueux. Elles ont un taux de réponse lent et se colmatent facilement lorsque les échantillons sont trop souillés ou visqueux.
• Électrodes à jonction céramique – faites de céramique poreux, de bois ou de PTFE poreux. Ces électrodes sont les plus couramment utilisées dans les laboratoires standard. Les électrodes à jonction de céramique se colmateront si les échantillons sont trop souillés ou visqueux; elles sont dotées d'un corps de verre.
Électrodes de référence
Argent/Chlorure d'argent (Ag/AgCl)
Le Ag / AgCl est l'élément interne le plus courant dans ce type d'électrode, adapté à pratiquement toutes les applications (sa limite de température est de 80 °C (176 °F).
Les électrodes de référence Thermo Scientific™ ROSS™ sont un autre type d'électrode de référence. La référence interne de ce type d'électrode se compose d'un couple redox iodure/iode (I2/I). La combinaison de cette référence interne d'iodure/iode avec un fil de platine crée un potentiel redox. Cela permet une réponse plus rapide et une meilleure stabilité dans le temps par rapport à une électrode avec fil d'argent et solution de remplissage traditionnelle Ag/AgCl. Cependant, toutes les électrodes ROSS rechargeables utilisent une solution de référence externe KCl de 3M.
Mesure et compensation de la température
Comme pour toute mesure de pH, pensez à la mesure de la température au moment du choix de l'électrode selon l'application. Le pH d'une solution peut varier considérablement en fonction de la température de la solution et toute variation de température de l'échantillon affectera également les lectures.
Pratiquement tous les pH-mètres permettent une compensation automatique ou manuelle de la température. Pour une compensation manuelle de la température, l'utilisateur doit entrer manuellement la valeur de la température mesurée dans l'échantillon. La compensation automatique de la température mesure la température en continu et compense pour les variations de lecture dues à un changement de température de la solution. Cela requiert l'ajout d'une sonde de température dans la solution à mesurer.
Faites votre choix parmi ces deux types de sondes de CAT si vous utilisez un pH-mètre pourvu de la fonction CAT. L'une des options consiste à utiliser une sonde de température séparée de l'électrode de pH. Le type de raccordement de la sonde CAT est spécifique à la marque et au modèle de pH-mètre. Il importe donc de considérer cet aspect lors du choix d'électrode. L'avantage principal d'utiliser une sonde de température séparée est qu'elle offre la possibilité de choisir d'importe quel type d'électrode de pH. Cela s'avère pratique dans les cas où l'on doit changer d'applications ou lors de mesures de différents types d'échantillons. Aussi, la sonde CAT n'a pas besoin d'être remplacée lorsque l'électrode de pH fait défaut.
La seconde option consiste à employer une électrode de pH comprenant l'élément CAT. Ce type d'électrode est communément appelée une électrode 3-en-1. L'électrode 3-en-1 est plus pratique puisqu'une seule électrode doit être insérée dans l'échantillon. Étant donné que ces électrodes comprennent la sonde de pH et la sonde de température, elles sont normalement dotées de deux raccords. Le raccord de la portion pH de l'électrode est généralement un raccord de type BNC standard. L'autre raccord correspond à la portion température de l'électrode et est généralement spécifique à la marque du pH-mètre. Le choix d'une électrode 3-en-1 peut limiter le nombre d'options d'électrodes compatibles avec le pH-mètre. Des solutions sur mesure sont offertes sur demande. Plusieurs testeurs de pH à main intègrent l'élément de pH et de CAT en un seul module aussi. Ces appareils sont plutôt conçus pour une utilisation plus robuste ou sur le terrain.
Types de raccord
Il existe une variété de raccords d'électrode. La majorité des électrodes de pH comprennent un raccord BNC. Les électrodes avec raccords BNC sont compatibles avec une vaste gamme de pH-mètres; or, il en est autrement pour les électrodes équipées d'un élément de compensation de température. Voici une liste des types de raccord les plus courants :
• BNC – le raccord BNC est le type de raccord d'électrode universel et le plus répandu
• DIN – ce type de raccord est encore assez répandu et se retrouve généralement sur les électrodes avec élément CAT intégré
• US standard – ce type de raccord était autrefois la norme mais on le retrouve de moins en moins
• Raccord à broche – ce type de raccord était surtout utilisé sur les électrodes à demi-cellule qui sont aujourd'hui remplacées par des électrodes combinées
Outre le raccord de l'électrode de pH, l'élément CAT a son propre type de raccord spécifique. Les sondes CAT sont moins universelles étant donné que chaque fabricant utilise son propre type de capteur de température et de raccord. Il est généralement préférable de consulter la section Accessoires du manuel d'utilisation du pH-mètre pour connaître le type d'électrode CAT requis : Voici quelques possibilités :
• Fiche phono (3,5 mm ou autre)
Électrodes spécialisées
• Électrodes standard – environ 12 mm de diamètre; électrode de laboratoire type
• Électrodes étroites – environ 6 à 8 mm de diamètre; version allongée pour utilisation dans les bouteilles, cuves et éprouvettes
• Électrodes semi-microscopiques – environ 6 à 8 mm de diamètre; capables de mesurer des échantillons d'une capacité allant jusqu'à 200 µl
• Électrodes microscopiques – 1 à 5 mm de diamètre; capables de mesurer des échantillons d'une capacité allant jusqu'à 0,5 µl, idéales pour utilisation dans des plaques à 384 puits
• Électrodes à bulbe résistant – conception plus robuste pour prévenir les bris; parfaites pour une utilisation sur le terrain
• Électrodes à pointe effilée – utilisées pour percer les échantillons solides ou semi-solides; fromages, viandes, etc.; recommandées pour les faibles volumes d'échantillon
• Électrodes à surface plane – utilisées pour mesurer le pH de surfaces, solides ou gels; toutes indiquées pour les faibles volumes d'échantillon
• Électrodes de pH PerpHecT™ – conçues spécifiquement pour une utilisation avec les pH-mètres Thermo Scientific™ PerpHecT™; la fonctionnalité de compensation de température LogR permet une mesure simultanée du pH et de la température sans l'utilisation d'une sonde CAT séparée.
• Électrodes antimoine – conçues spécifiquement pour résister à l'acide fluorhydrique dû au fait qu'elles ne contiennent aucune trace de verre. Elles peuvent en général tolérer une concentration d'acide HF allant jusqu'à 5 %. Le problème principal avec les électrodes antimoine est qu'elles ne compensent pas comme les électrodes standard. À un pH de 7, la lecture mV se situe autour de -400 mV ±30 mV et la pente se situe autour de 50 mV/pH versus 59 mV. Il devient alors nécessaire de trouver un pH-mètre qui prend en compte cette compensation et ces derniers ne sont pas faciles à trouver. Guide de sélection d'électrodes selon l'application
• Échantillons biologiques – Électrode double-jonction ou ROSS
• Pharmaceutique – Électrode double-jonction ou ROSS
• Acide fluorhydrique – Électrode HF ou antimoine
• Échantillons à force ionique faible ou pluies acides – styles AccuFlow ou Sure-Flow
• Eau d'alimentation de chaudières et eau distillée – styles AccuFlow ou Sure-Flow
• Eau potable – Électrode à jonction simple Ag/AgCl standard
• Eaux usées – Électrode double-jonction ou ROSS
• Solutions à base de métaux lourds – Double-jonction
• Échantillons de sol – Électrode de sol ou à double jonction
• pH >9 et Na+élevé – La plupart des électrodes à jonction simple ou double, Ag/AgCl
• Températures élevées ou à variations subites – styles ROSS
• Surfaces planes et humides – Style à surface plane
• Fromage, agar, papier et peau – Style à surface plane
• Échantillons semi-solides – Pointe effilée, Ag/AgCl, ISFET
• Fruits, fromages et viandes –Pointe effilée, Ag/AgCl, ISFET
• Échantillons non-aqueux, solvants et alcools – styles AccuFlow, Sure-Flow styles ou double-jonction
• Échantillons visqueux, boues argileuses, solides en suspension et boues argileuses – styles AccuFlow, Sure-Flow, double-jonction ou ISFET
• Émulsions et huiles – styles AccuFlow, Sure-Flow, double-jonction ou ISFET
• Peintures et encres – styles AccuFlow, Sure-Flow, double-jonction ou ISFET