pH Meter Fungsi dan Prinsip Kerjanya

Fungsi pH Meter

pH meter adalah alat yang digunakan untuk menentukan keasaman atau kebasaan dari suatu larutan. pH adalah konsentrasi ion hidrogen pada suatu larutan. Suatu larutan yang mengandung banyak ion H⁺ akan dalam suasana asam sedangkan suatu larutan mengandung lebih banyak ion OH^– maka akan menjadi suasana asam.

Kisaran rentang pH di kimia adalah dari 1-14. Suatu larutan dengan nilai pH 1 akan menjadi sangat asam dan dengan nilai pH 14 akan menjadi sangat basa. Keasaman dan kebasaan dari suatu larutan tergantung pada konsentrasi dari ion hidrogen (H⁺ ) dan ion OH^–. Suatu larutan netral yang terdiri dari air murni mempunyai pH 7. pH meter hampir semuanya berbentuk digital dengan display angka pada alatnya yang menunjukkan nilai pH dan suhu larutan.

pH dalam kimia adalah log negatif dari konsentasi ion hidrogen dalam suatu larutan.

Dalam bahasa sederhana pH adalah angka yang mengukur keasaman atau kebasaan dari suatu larutan. Skala pH (1-14) diartikan sebagai berikut:

• Larutan dengan pH 0-7 = asam
• Larutan dengan pH 7 = netral
• Larutan dengan pH 7-14 = basa

Dalam sistem biologi tubuh pH sangat penting sekali, kebanyakan biomolekul dalam tubuh manusia akan optimal dikarenakan terdapat sistem pengaturan pH. Dalam analisis kimia pada reaksi kimia akan optimal bila larutan diatur pHnya.

pH meter digunakan untuk menentukan pH dari suatu larutan dalam farmasi. Dengan menggunakan pH meter untuk menetukan pH suatu larutan akan lebih akurat dibandingkan dengan menggunakan kertas pH. Alat pH meter terdiri dari pH probe yang menggunakan sinyal elektrik ke pH meter dan pH meter menunjukkan angka pH dari larutan. Kaca pH probe mengandung dua elektroda, sebuah sensor dan elektroda referen. Elektoda di dalam pipa gelas yang satu mengandung buffer dengan pH buffer dan mengandung larutan potassium klorida jenuh. Sensor elektroda dibuat dari gelas berporos atau gelas permeabel yang disalut dengan silika dan garam.

Prinsip Cara kerja pH meter

Sebuah kawat perak yang dilapisi perak klorida direndam dalam buffer pH 7 di dalam bohlam. Kawat perak lain yang dilapisi perak klorida direndam dalam larutan kalium klorida jenuh dalam elektroda referensi seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Voltase dari listrik mengalir dan diukur oleh pH meter. Nilai pH tersebut dikonversi menjadi nilai pH dengan membandingkan dengan voltase elektroda standar. Terdapat persamaan sederhana (persamaan Nernst) yang digunakan untuk mengkonversi voltase menjadi angka yang berada display pH meter. Melalui persamaan ini pH meter mengkonversi perbedaan voltase dari konsentrasi ion hidrogen.

Peningkatan keasaman dari larutan dengan konsentrasi lebih besar daripada ion hidrogen akan meningkatkan voltasenya. Peningkatan voltase akan menurunkan pembacaan pH pada pH meter. Dengan prinsip kerja yang sama, peningkaran kebasaan akan menurunkan jumlah hidrogen atau peningkatan konsentrasi ion OH^– juga menurunkan voltase dan peningkatan nilai pH dari pH meter.

Untuk mengukur pH suatu larutan, pengukur pH ini dicelupkan ke dalam larutan. Setelah bohlam elektroda sensor menyentuh larutan, ion hidrogen dalam larutan menggantikan ion logam pada bohlam. Penggantian ion logam ini menyebabkan aliran arus pada kabel logam yang dibaca oleh voltmeter.

Secara keseluruhan prinsip dari sensor pH dan alat pH meter tergantung dari pertukaran ion dari larutan sampel dibandingkan dengan larutan standar (pH buffer) dari elektroda gelas melalui membran. Porositas dari membran gelas akan menurun seiring dengan seringnya pemakaian sehingga ke depan akan menurunkan kinerja dari probe. Ini sering terjadi dan ketahuan setelah dilakukan kalibrasi ulang, kebanyakan situasi membutuhkan pergantian probe yang harganya mahal.

pH meter digital salah satu peralatan yang sering digunakan dalam lab kimia maupun pada lab biologi baik di sekolah maupun lab penelitian. Buffer pH, larutan dan reagen secara rutin harus dicek untuk memastikan kondisi selama pengujian tepat. Untuk memastikan akurasi dari pembacaan pH meter, alat harus secara reguler dikalibrasi. pH meter ada juga yang yang digunakan untuk tanah disebut pH meter tanah. pH meter yang sering digunakan dan dijual adalah pH meter digital untuk larutan/air pada aplikasi kimia/laboratorium.

Di Industri farmasi pH meter ini penggunaan ada di laboratorium kimia, di ruang In Process Control, di sistem pengolahan air dan di pengecekan limbah.

Cara pengukuran pH larutan/air dengan pH meter

1. Gunakan sarung tangan karet selama pengukuran (ini untuk mencegah kontaminasi dari alat/sampel)
2. Pastikan pH meter yang akan digunakan masih dalam status terkalibrasi (tidak expired date kalibrasinya)
3. Buka tutup probe
4. Cek kebersihan probe pH meter, bilas probe dengan air murni pH 7/ air terdistilasi, lakukan ini walaupun pH probe tidak terlihat kotor

5.Celupkan probe ke larutan sampai tanda batas

6.Angka pH muncul, catat hasilnya. Hasil pengukuran pH tergantung suhu larutan juga. Akan lebih baik jika pH meter sudah dilengkapi dengan pengukur suhu larutan.

7.Setelah selesai bilas probe dengan air terdistilasi

8.Tutup lagi probenya untuk melindungi dari kerusakan

Tips Merawat pH meter

Semangat pagi sahabat Kimia Farma di seluruh Indonesia, pada artikel ini saya coba membahas perihal ” Tips Merawat dan Pemeliharaan pH Meter “ Bagian paling penting pada sebuah pH meter adalah bagian elektroda, untuk itu pemeliharaan dan perawatan elektroda harus dilakukan dengan benar supaya pH meter selalu dalam kondisi baik dan layak untuk digunakan. Jika tidak dilakukan pemeliharaan dengan benar, sudah dapat dipastikan usia pH meter tidak akan lama.Untuk memaksimalkan umur elektroda pH atau masa pakai elektroda agar tetap dalam kondisi baik ada beberapa hal yang harus kita perhatikan, antara lain :

• Penyimpanan yang benar
• Perawatan yang baik
• Pergunakan pengukuran pH sesuai spesifikasi (jangan sampai keluar dari range)

Suhu pengukuran juga sangat bepengaruh semakin tinggi suhu semakin cepat juga masa pakainya, kalau diperkirakan akan seperti ini :

• Pada suhu ruangan : perkiraan masa pakai bisa 1 – 3 tahun
• Pada suhu 90 °C: perkiraan masa pakai 3 – 9 bulan
• Pada suhu 120 °C: perkiraan masa pakai mungkin hanya beberapa minggu

Penyimpanan sensor dari pH juga sangat penting karena penyimpanan yang tepat akan memastikan lapisan gel dari sensor yang sensitif akan tetap terhidrasi dan konsentrasi ion akan tetap terjaga. Beberapa tips penyimpanan sensor yang direkomendasikan, antara lain :

• Simpan dalam larutan elektrolit (misalnya larutan elektrolit 3 mol/L KCI)
• Simpan dalam larutan buffer (misalnya larutan buffer pH 4 atau pH 7)
• Simpan dalam larutan HCl encer (sekitar 0,1 mol/L)

Jangan pernah menyimpan sensor pada kondisi seperti ini,

• Kering
• Dalam air suling atau larutan non-air

          Jika menyimpan dalam air suling atau larutan non-air, bisa berakibat :

– Dapat mengurangi masa pakai atau umur dari sensor

         – Juga berakibat ketidakstabilan pengukuran sehingga membutuhkan pengkondisian sebelum bisa digunakan (menambah  biaya dan waktu)

Perhatikan juga kondisi sensor sebelum melakukan pengukuran, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan antara lain :

• Pastikan sensor sudah terpasang dengan benar, lihat juga level elektrolitnya (pada type elektroda tertentu ada yang bisa diisi ulang, isi

 dengan elektrolit bersih)

• Lakukan pengisian ulang elektrolit secara teratur
• Saat pengukuran level elektrolit harus lebih tinggi dari level sampel
• Pastikan aliran elektrolit ke dalam sampel dan hindari kontaminasi
• Ganti elektrolit referensi sensor secara teratur (misalnya sekali per bulan) untuk menghindari kristalisasi dan pengotor pada elektrolit
• Periksa gelembung udara di belakang junction, jika ada guncang secara vertikal untuk menghilangkannya

Tips membersihan sensor, antara lain :

• Bilas elektroda setiap kali sebelum dan sesudah melakukan pengukuran
• Bilas dengan air suling (aquadest)
• Keringkan dengan cara menempelkan secara perlahan kertas tisu
• Jangan pernah menyekanya dengan kertas (elektrostatika)

Untuk membersihkansensor setelah dipakai untuk pengukuran sampel non-air atau air yang kotor yaitu,

• Bilas dengan pelarut (misalnya etanol atau aseton) untuk menghilangkan kotoran yang tidak larut dalam air
• Bilas dengan air suling (aquadest)
• Setelah tidak dipakai lagi kondisikan dalam larutan (misalnya 3 mol/L KCL)

Kalibrasi Sensor dan penanganan larutan buffer

–     Kualitas larutan buffer untuk kalibrasi hanya bisa dijamin sebelum tanggal kadaluwarsa larutan buffer tersebut tercapai dan sebelum larutan buffer tersebut dibuka.

–     Beberapa tips, agar penggunaan larutan buffer setelah dibuka bisa dioptimalkan dengan cara,

• Karena larutan buffer memiliki tanggal kadaluwarsa, sebaiknya jangan membeli dalam jumlah besar
• Simpan botol larutan buffer dalam keadaan tertutup rapat di suhu ruangan
• Waktu pemakaian ambil sejumlah yang dibutuhkan saja dan tutup kembali botol larutan buffer segera untuk hindari kontaminasi
• Jangan pernah mengkalibrasi elektroda langsung dari botol larutan buffer
• Jangan pernah menggunakan kembali larutan buffer yang sudah pernah digunakan
• Pertimbangkan untuk menggunakan larutan buffer kemasan sachet yang penggunaannya untuk sekali pakai

Kalibrasi Sensor – menunjukkan kondisi sensor

Kalibrasi sensor akan memberikan hasil data yang sangat penting tentang kondisi sensor, antara lain :

• Nilai offset ”(mV) – menunjukkan usia dari elektroda dan akan memberikan perkiraan saat kapan elektroda perlu diganti
• Nilai slope (%) – menunjukkan sensitivitas glass membran dari elektroda
• Persyaratan dari DIN 19263: untuk offset adalah 0 ± 30mV; dan titik nol (zero point) adalah  pH0 = 7 ± 0,5 pH
• Sensor dalam kondisi baik jika slope berada di 95-105% dan offset berada di  ±(0 – 20) mV
• Sensor dalam kondisi perlu dibersihkan jika slope berada di 94-90% dan offset berada di  ±(20 – 35) mV
• Sensor dalam kondisi rusak atau karena usia sudah lama jika slope berada di 85-89% dan offset berada di  ±(> 35) mV

Untuk mengatasi masalah sensor pH yang membran atau diafragmanya terkontaminasi, Masalah seperti pembacaan yang tidak stabil atau lambat ada beberapa tips, antara lain :

• Jika penyumbatan (blocked) disebabkan oleh perak klorida (AgCl) ? Bersihkan dengan menggunakan amonia pekat
• Jika penyumbatan (blocked) disebabkan oleh perak sulfida (Ag₂S) ? Bersihkan dengan menggunakan 8% thiourea dalam 0,1 molar HCl
• Jika penyumbatan (blocked) disebabkan oleh protein ? Bersihkan dengan menggunakan 5% pepsin dalam 0,1 molar HCl
• Jika penyumbatan (blocked) disebabkan oleh junction lainnya ? Lakukan ultrasonik dengan menggunakan air atau 0,1 molar HCl
• Perlakukan selama satu jam, kemudian bilas dengan air suling (aquadest), dan lakukan kalibrasi ulang

Demikian uraian tulisan saya ini semoga dapat memberi manfaat untuk kita semua, salam sehat selalu.

Referensi:

• https://www.pharmaguideline.com/2015/08/principle-and-working-of-pH-probes.html
• https://blog.biomall.in/how-does-a-ph-meter-work/
• Webinar Training Online Ph meter  oleh PT METTLER TOLEDO INDONESIA tanggal 12 Oktober 2020
• Kontirbutor Aries S