② ①번 용액에 1:10 비율로 희석한 가정용 세탁표백제를 섞고, 전극을 넣은 후 약 15분 정도 저어준다.
③ 기준용액을 버리고 새 용액을 채운다.
④ 증류수에 전극을 10분 이상 넣어 세척한다.
Salt성분의 제거
① 0.1M HCl과 0.1M NaOH를 준비한다.
② 0.1M HCl 용액에 약 5분간 전극을 넣어둔다.
③ 0.1M NaOH 용액에 약 5분간 전극을 넣어둔다.
④ 위의 ②와 ③과정을 3번 반복한다.
증류수로 전극을 깨끗이 세척한 후 사용합니다
3. Oil/Grease 막의 제거
합성세제 또는 일반적인 세제를 사용하여 Oil/Grease 막을 제거한 후 증류수로 세척 합니다.
4. Clogged Reference Junction (기준전극의 미세한 구멍이 막힌경우)
희석시킨 KCl 용액을 60～80℃ 정도로 가열합니다.
여기에 전극을 10분 정도 넣어 둡니다.
전극을 가열하지 않은 KCl 용액에서 냉각합니다.
5. 단백질의 제거
단백질 분해효소인 1%의 펩신에 0.1M의 HCl을 첨가하여
pH 1-2로 맞춘 후 전극을 약 5분 정도 넣어두고 난 후
증류수로 전극을 세척합니다.
6. ORP 전극 측정전극 (백금 링이나 밴드) 표면에 이물질이 부착된 경우
측정전극에 이물질이 부착된 경우Cleaning solution (H2SO4 1ℓ중에 K2Cr2O7 100g을 첨가 하거나 K2Cr2O7의 포화용액에 그 부피의 3∼4배가 되는 양의 H2SO4를 서서히 첨가함)에 장시간 담갔다가다시묽은 HNO3로 씻고 물로 충분히 씻은 다음 사용합니다.
● 적응형 교정 타이머(ACT) : 적응형 교정 타이머로 센서는 다음 교정이 필요한 시기를 예측
● 유지보수까지 시간(TTM) : 센서는 다음 유지보수를 실시해야 할 시기를 나타낸다.
● CIP/SIP 카운터 : CIP 및 SIP 주기는 독점적이며 특허 받은 알고리즘으로 해석.
● 교정이력 : 교정 이력은 센서에 저장되어 진단에 사용될 수 있다.
● 최대 온도 / 작동일 표시기 : 센서가 노출된 최대 온도와 작동일수에 대한 정보.
(2) 디지털 ISM pH 전극과 iSense 작업과정
● 유지보수 작업장 환경에서 iSense로 전극 사전 교정
● 완벽한 전자 문서화
● 사전 교정한 전극 보관
● 보관된 전극을 현장에서 간단히 교체하여 센서 유지 보수
● 사용 전 및 최종 비활성 전 센서 진단을 포함한 완벽한 수명 주기 동안 센서 관리
(3) iSense로 유지보수 최적화
공정 분석용 iSense Asset Suite는 최초 공정 적용을 시작으로 센서 폐기 결정까지 귀하의 센서 수명의 예측을 더욱 제어할 수 있도록 기술이 발전하게 되었 음을 의미한다. 전체 수명주기 동안 ISM 센서 관리 모든 센서 데이터에 대한 전체 뷰가 SQL 데이터베이스에 의해 제공되어 공정 중에 사용된 적이 있는 어느 장비에 대해 이전에 저장되었던 모든 데이터에 액세스할 수 있다.
일반적인 pH 센서는 수용액상에 존재하는 수소 이온의 활성정도를 전기적인 측정 방법으로 측정하는 것으로, 기준전극과 측정전극을 합친 복합전극의
형태로 이루어진다. 아래 그림은 pH 전극의 기존구조를 보여주는 것으로서 정션을 통해 기준전극의 KCl용액이 흘러 나오면서 두 전극과 수용액 및 인가전압은 전기적으로 회로가 완성된다.
측정전극의 멤브레인에는 수용액 내의 수소이온들이 유도되면서 이온의 양에 따른 전위차가 생긴다. 이때 측정되는 전위에 따라 pH값을 측정한다.
이런 전통적인 방식의 pH 센서를 사용하기 위해서는 센서신호를 입력받아 pH값을 표시해주는 전용 Meter가 있어야만 하고, 이런 전용 Meter를 통해서만
컴퓨터나 PLC등과 연결하여 사용이 가능하였다
엔드레스 하우저 (Memosens) 디지털 pH 센서
Memosens 센서의 특징은 다음과 같다.
아날로그 신호는 센서의 헤드에서 디지털 신호로 변환되어 통신된다.
1. 센서의 헤드에 메모리가 내장되어 교정, 사용 정보 등의 이력(예: 총 운전시간, 최고 최저의 pH 값, 최고 최저 온도 등)이 저장되며, 이 데이터는 센서의 예상유지보수 시기를 알수 있게 해주어 측정 루프의 유효성을 증대시켜준다.
2. 미리 교정된 센서를 현장에서 재교정 없이 간단하게 교환설치가 가능하므로, 현장 교정이 필요 없고, 교정은 최적의 환경인 실험실에서 간단하고 정교한교정이 가능하다.
3. 디지털 신호는 전자파의 영향에서 자유롭기 때문에 센서와 변환기의 거리를 자유롭게 증가시킬 수 있다.
4. 센서 헤드와 케이블은 전자기 유도방식으로 연결되므로 접점부분이 비전도성 물질로 되어있고 이로 인해 습기, 부식, 전자파 취약성 등의 모든 문제점을근본적으로 해결했다. 메모센스는 케이블과 센서 헤드에 각각 유도 코일이 있어서 코일에 유도되는 유도기전력을 이용하여 전원과 신호가 양방향으로 전달된다. 유도식 접점부는 도전체의 접촉이 필요 없으므로 PPS재질로 완전히 싸여져 있다. 따라서 습기에 대한 취약성은 완전히 해결됐다.
일부 측정기기의 경우 이 범위를 벗어나는 pH 측정값(-2~20)이 표시되기도 하지만, 이런 경우에는 pH 센서에 많은 무리가 가게 되어 센서의 수명이 줄어들고
측정값도 오차가 많이 생기게 된다. 이와 같이 일반적인 pH의 측정범위를 벗어나는 경우에는 pH 측정값 대신 전도도 측정값을 이용하는 것도 유리할 수 있다.
산농도 측정시 나타나는대표적인 오차는 산오차로서 pH 측정값 1이하에서 많이 발생한다.
2) 염기농도의 측정
염기농도 측정시 나타나는 대표적인 오차는 알카리오차로서 pH 측정값 13 이상에서 발생하고, pH 측정 값이 14를 넘어가는 경우 pH 전극의 물리적인 파손이 발생하기도 한다. 이와 같은 강산, 강염기의 경우 pH 대신 전도도를 측정하는 것이 유리할 수 있다.
3) pH 전극의 수명에 미치는 온도의 영향
pH 전극의 경우 재질 특성상 고온에서 사용하는 경우 센서의 수명에 많은 영향을 받게 된다. 특히 100도 근처의 고온에서 사용시 상온에서 사용하는 경우에 비해 센서의 수명이 약 1/10로 줄어 들게 된다. 이와 같은 고온의 경우에도 pH 측정 값 대신 전도도 측정값을 이용하는 것이 유리할 수 있다.
초순수의pH측정은 많은 간섭인자들이 있어 대단히 어렵다.예를 들면 정전기,유속,압력과 온도변화,표준용액으로pH전극을 교정한 후에 기준전극 액락부(Liquid Junction)의 오염 등이 간섭인자이다. 현재도 초순수의pH측정System에 대한 연구가 진행 중이다.
주요 간섭인자들은 다음과 같으며,자세한 사항은 다음 포스트를 참고하기 바랍니다.
a)매질의 낮은 전기전도도(Low Conductivity of the Medium)
b)액락부 전위와 불안정성(Junction Potential, Unstability)
c)정전기에 의한 간섭(Electrostatic Potential)
d)공정수의 오염(Process Contamination by Impurities)
e)유속의 영향(Influence of Flow rate)
f)압력의 영향(Influence of Pressure)
g)온도의 영향(Influence of Temperature)
h)측정System의 접지
2. 전기전도도(Conductivity)와 pH의 관계
일반적으로 순수의 전기전도도가 1㎲/㎝(1㏁․㎝)이하일 경우에는 pH관리를 하지 않는다.
순수일수록 측정된 pH와 실제치가 다른 경우가 많은 데 그 이유는 아래와 같다.
① Sampling을 하여 실험실에서 pH를 측정할 경우
- H2O＋CO2→H+＋HCO3-
- 대기중의 CO2가 순수에 녹아 들어 가므로 pH를 측정하는 동안 pH가 계속 저하된다.
② Line에 pH Meter가 설치되어 있을 경우
- 일반적으로 pH Meter및 센서를 선정시 원수에 사용하는 제품과순수에 사용하는 것이 종류가 다르다.
- 순수용 pH Meter라도전기전도도가 매우 낮을 경우 pH Meter가 측정한 측정치가 이론치를 벗어남으로 신뢰성이 떨어진다.
3. pH측정 불능 영역
전기전도도(Conductivity)가 0.1㎲/㎝이하일 경우 일반적으로 pH측정 불능 영역 이라 칭한다.
전기전도도(Conductivity)가 0.1㎲/㎝이하인 물은 이론적으로 pH가 6.2～7.6사이에서 존재한다.
그러나 현장에서 측정치가 이 범위를 넘어 존재하는 경우가 있으나 그 수치는 모두 신뢰할 수 없는 수치이며 상기 그래프를 보면 전기전도도가 감소할 수록신뢰할 수 있는 pH Range가 좁아짐을 알 수 있다.
5.초순수의pH측정방법
가. 이온의 농도가 극히 적은 순수의 pH측정은 대단히 어려우며 그 이유는 아래와 같다.
① pH Sensor 전극막의 Glass가 극미량이지만 순수 중에 용해하기 때문에 완충작용이 적은 순수의 경우는 Glass에서 용해된 이온에 의해 강력한 pH
영향을 받게 된다. 예를 들면 동일한 순수를 동일온도에서 pH를 측정해도 측정 Sensor의 Glass 종류에 따라 pH측정값이 다른 경우가 있다.
② 기준전극으로부터 미량이지만 염화칼륨용액이 유출되기 때문에 염화칼륨 및 그 불순물의 영향을 받을 수 있다.
③공기중의 탄산가스(대기의 약 0.03%)가 순수 중에 용해하기 때문에 시간에 따라 pH가 변화한다.
④측정에 이용된 비이커 등 용기의 오염, 전극에 부착되어 있는 전에 측정했던 액등도 미량이지만 순수 pH의 변화의 원인이 된다
⑤흐르는 순수의 pH를 측정하는 경우는 순수의 전기전도율이 극히 작기 때문에 누설전류 또는 외부로부터의 유도전류에 의하여 pH측정이 영향을받게된다. 따라서 순수의 pH측정은①～④까지의 완충작용의 부족, ⑤와 같이 순수자체의 전기전도율 결여 등에 의하여 순수의 정확한pH를 측정하는 것이 곤란하며 이에 따라 통상적으로 측정된 순수의 pH값을 신뢰하기 어렵다.
나. 완충작용이 적은 액의 pH측정방법은 상기한 각 항의 조건에 주의하고 구체적으로는 아래와 같이 주의하여 측정한다.
①, ②, ④의 장애를 피하기 위하여유동상태의 순수를 측정해야 한다.
유동상태에서는 각부의 오염물질이 축적되지 않고 Glass전극에 새로운 순수가 접촉된다.
③의 공기중의 탄산가스의 영향을 없애기 위해서는 측정용기의 기밀이 우선 중요하다.
②의 기준전극용액의 문제는 비교 전극 각 부분에 이온농도가 적은 용액이 접촉하는 것을 방지하기 위하여 액의 각 부분이 전도율이 높은(예를들면
염화칼륨 용액) 용액으로 흐르게 하여 이온농도가 적은 용액이 직접 접촉하지 않도록 주의한다.
염화칼륨액은 순수와 액간 전위차가 안정되어 유리한 점이 있다. 또 분리형pH전극을 사용요하는 경우, Glass 전극은 반드시 액의 유동방향에 대해서
기준전극의 전에 설치하는 것이 좋다. 그 이유는 기준전극으로부터 유출된 염화칼륨용액이 Glass전극에 접촉하지 않도록 하기 위함이다.
④의 용기, 전극의 오염물질에 의한 영향을 막기 위해서는 전극과 용기를 순수로 충분히 깨끗하게 세척하는 것이 좋다.
또 Glass전극은 화학적 내구성이 강한(예를 들면 리튬계 전극) 것을 사용한다
⑤에 대해서는유속을 작게 하여 가능하면 일정하게 유지할 필요가 있다.
따라서 순수의 수질이 1.0㎲/㎝(1㏁㎝)이하인 경우 원칙적으로 전기전도도에 의해 pH를 추정한다.
