Как измерить кислотность (pH) питательного раствора?

Как измерить кислотность (pH) питательного раствора?

Ранее мы упоминали, что любой гидропонный питательный раствор обладает двумя важнейшими показателями, которые выращивателю необходимо уметь измерять и контролировать. Первый показатель — концентрация раствора, т. е. общий удельный вес содержащихся в нём питательных веществ. Второй — это показатель кислотности раствора, более известный как pH, о котором мы поговорим сегодня.

Что такое pH?

pH (произносится пэ аш), или водородный показатель,  — характеристика водного раствора, описывающая меру его кислотности или щёлочности.

Значения на шкале pH располагаются от 0 до 14, с плавным переходом от предельно кислотного значения к нейтральному и далее, к предельно щелочному (или, как говорят химики, предельно осно́вному, от слова «основание»):

Значение рН напрямую связано с соотношением положительно заряженных [H⁺] и отрицательно заряженных [OH⁻] ионов водорода в водном растворе:

• Если раствор имеет равную концентрацию положительных и отрицательных ионов водорода, он считается нейтральным (его рН равно 7 при 25°C);
• Если положительных ионов водорода в растворе больше, чем отрицательных, раствор считается кислотным (его рН находится в диапазоне от 0 до 7);
• Если отрицательных ионов водорода в растворе больше, чем положительных, раствор считается щелочным (его рН находится в диапазоне от 7 до 14).

Шкала рН является логарифмической. Это значит, что при изменении рН на одну единицу концентрация ионов [H⁺] изменяется в 10 раз. К примеру, раствор с рН 8 является в 10 раз более щелочным, чем раствор с рН 7. Раствор с рН 9 является в 100 раз более щелочным, чем раствор с рН 7, и т. д.

Для чего измерять и контролировать кислотность питательного раствора?

Правильный баланс питательных веществ в растворе и подходящая концентрация — не единственное, что нужно для обеспечения полноценного питания растений: необходимо также, чтобы питательные вещества находились в доступной форме — то есть, в таком химическом состоянии, в котором корни способны их усвоить.

Кислотность раствора (т. е. его pH) значимо влияет на доступность питательных веществ: в зависимости от меры кислотности, они становятся более или, наоборот, менее доступными для усвоения. Поэтому если вы желаете обеспечить вашим растениям наилучшие условия, ваша задача — подобрать и поддерживать такую кислотность раствора, при которой доступность всех питательных элементов будет оптимальной.

Какое значение pH оптимально для гидропонного питательного раствора?

Ответ учёного-биохимика или агротехнолога скорее всего будет таким: «Это зависит от следующих факторов:

• видовых и сортовых особенностей выращиваемой культуры;
• стадии развития данного растения;
• химической композиции раствора (конкретного набора и пропорции солей, из которых он состоит);
• температуры раствора, длины светового дня;
• и т. д., и т. д. …»

Нисколько не сомневаюсь, что для точного определения значения pH, которое идеально подойдёт для каждой отдельно взятой редиски, совершенно необходимо учесть все эти факторы. Однако поскольку я не учёный и не агротехнолог, а выращиватель-любитель, в моём случае столь высокая точность расчётов и сложный многофакторный мониторинг не принесёт мне особой выгоды. Скорее наоборот, излишне отяготит и тем самым превратит весь процесс из удовольствия в работу.

Поэтому мне как выращивателю-любителю для экономии времени более целесообразно выращивать растения (а в моём случае это популярные овощные культуры: огурцы, помидоры, перец, листовой салат и т. п.) на каком-то одном, условно-универсальном растворе и поддерживать его кислотность в усреднённом, условно-универсальном диапазоне pH, в достаточной мере пригодном для всех этих культур. Существует ли такой диапазон?

В поисках золотой середины

Чтобы определить, какой диапазон pH более всего подходит на роль условно-универсального, рассмотрим диаграмму, на которой сопоставлена относительная доступность различных питательных элементов в зависимости от кислотности субстрата:

Доступность питательных элементов в гидропонном растворе
Относительная доступность питательных элементов в зависимости от pH. Толщина полоски пропорциональна доступности элемента в данном диапазоне pH. Зелёным цветом выделен pH-диапазон, в котором доступность всех элементов сочетается наилучшим образом

Глядя на эту диаграмму, можно прийти к неожиданному выводу: похоже, не существует волшебного, идеального pH-значения, при котором все 12 необходимых питательных веществ были бы одновременно доступны по максимуму!

Тем не менее, в слабокислом диапазоне pH-шкалы всё же имеется участок (на диаграмме он выделен зелёным), где максимальная доступность питательных веществ сочетается наилучшим образом. Именно этот диапазон кислотности можно считать оптимальным для большинства гидропонных растворов.

По мнению авторов книг по гидропонному выращиванию, которыми я руководствуюсь, диапазон значений между pH 5,8 и 6,2 является наиболее подходящим и универсальным для большинства популярных овощных культур, выращиваемых в гидропонике.

(Примечание. Насколько я понял, представления об условно-универсальном диапазоне pH не являются догмой и за последние десятилетия пересматривались в сторону допущения большей кислотности. Отдельные авторы утверждают, что нижний порог может без особого вреда для корневой системы опускаться до pH 5,0 и ниже. Что ж, очень может быть. Между тем, во всех гидропонных контейнерах моей балконной оранжереи кислотность раствора поддерживается в районе pH 6, и мои растения растут и плодоносят очень хорошо.)

Почему для одного и того же растения в грунте оптимальным является одно значение pH (допустим, pH 7.0), а в гидропонике — другое (допустим, pH 6.0)?

Если говорить упрощённо, кислотно-щелочной баланс (pH) — это своего рода химическое уравнение с несколькими переменными; у каждой переменной свой собственный pH, который влияет на общий совокупный pH.

При гидропонном выращивании в этом уравнении участвуют две главные переменные: корни и раствор. Тогда как в случае грунтового выращивания этих переменных больше: и корни, и раствор, и почва, и даже различные почвенные микроорганизмы. Соответственно, pH-значение переменной под названием «раствор» при грунтовом и гидропонном выращивании отличаются, чтобы результат всего pH-уравнения сохранялся в пределах нормы.

Чем измеряют pH в гидропонике?

Среди способов, которыми можно измерить кислотность, в любительской гидропонике наиболее популярен прибор под названием pH-метр. Моделей таких устройств существует великое множество.

Вот наиболее простой и доступный вариант в ассортименте (цена — около 9$):

pH-метр

Выглядит он почти так же, как и наш старый знакомый EC-метр. Чтобы не пользователям было проще различать эти устройства при ежедневном использовании, производители обычно красят их корпуса в разные цвета: pH-метр, чаще всего, жёлтый, а EC-метр синий. (Впрочем, эта цветовая схема не догма: самое главное, купить разноцветные).

Такой pH-метр можно смело рекомендовать новичку — к примеру, если есть желание попробовать гидропонику из интереса, но без особых обязательств. Измеряют они вполне сносно, обычно имеют АТС (автокоррекцию температуры) и, как правило, поддаются 2-точечной калибровке (вручную или автоматически). Однако, электрод у них несъёмный и, к тому же, не защищён специальным винтовым колпачком, куда наливается раствор, продлевающий срок использования электрода. Вследствие чего такой pH-метр, по сути, является одноразовым. (У меня он продержался ровно один сезон, после чего стал показывать явную ерунду.)

В более продвинутых моделях pH-метр совмещён в одном корпусе с EC-и TDS-метром, термометром и даже измерителем солёности воды. Обычно такие устройства называются «4-в-1» или «5-в-1»:

 pH-метр 4-в-1

Такие комбинированные pH-метры, естественно, стоят дороже (около 20$), но у них есть пара весомых плюсов. Во-первых, возможность замены электрода. Нижняя часть инструмента, в которой находится стеклянная капсула с электродом, у этих моделей съёмная. Поэтому в случае выхода из строя электрода её можно заменить отдельно, как запчасть, что, естественно, обойдётся дешевле, чем покупка нового pH-метра. Тех, кто увлечётся гидропоникой, эта возможность точно порадует, поскольку электрод со временем неизбежно выходит из строя вследствие частых контактов с электроактивными солями. К тому же его капсула может разбиться по неосторожности (у меня такое случалось). Поэтому съёмный, заменяемый электрод — это очень правильно и практично.

Во-вторых, такие устройства можно калибровать по трём точкам с помощью специальных буферных порошков. «Три точки» означает, что устройство последовательно погружается в три эталонных раствора с разной кислотностью (и ниже я покажу, как это делается). Трёхточечная калибровка лучше, чем одно- или двухточечная, поскольку она точнее. Поскольку со временем любой pH-метр начинает подвирать, калибровку желательно проводить регулярно (в идеале — примерно раз в месяц), а также после замены батареек.

Является ли плюсом совмещение pH-метра и EC-метра в одном корпусе? Теоретически — конечно, поскольку, как правило, вам каждый раз требуется измерять и кислотность, и концентрацию. Однако в данном дизайне корпуса значения pH и EC не отображаются на экране одновременно, так что, пользуясь подобным «комбайном», вам всё равно приходится проводить измерение дважды. Поэтому я предпочитаю пользоваться двумя отдельными приборами.

Но главное, что, на мой взгляд, в этих моделях точно следовало бы доработать, — так это расположение экрана. Дело в том, что вертикальное расположение экрана делает невозможным считывание информации при погружении устройства в ёмкость с раствором, поскольку экран становится не виден. Конечно, можно в процессе измерения нажимать кнопку HOLD, фиксировать измерение, вытаскивать устройство и затем смотреть на экран, но, по-моему, это не особенно удобно. Значительно удобнее, когда он расположен в верхней части и под углом, благодаря чему виден с любого ракурса: и сбоку, и сверху.

Именно так расположен экран в модели pH-метра, которым я благополучно пользуюсь уже 5 лет:

pH-метр

Характеристики:

• экран, наклонённый под 45°, удобный для считывания и сбоку, и сверху;
• сменная нижняя часть с электродом и прикручивающимся увлажняющим колпачком;
• калибровка по трём точкам (pH 4 — pH 7 — pH 10);
• встроенный термометр (температура отображается одновременно с pH)
• ATC, т. е. автокоррекция температуры, повышает точность измерений.

Стоимость около 45 $, купить можно тут. Нижняя часть устройства, в которой находится стеклянная капсула с электродом, — съёмная и сменная. При необходимости её можно приобрести отдельно за 30 $.

pH-метр в разобранном состоянии
pH-метр в разобранном состоянии. Справа — заменяемая нижняя часть с электродом

В собранном виде обе части плотно защёлкиваются с помощью резинового уплотнителя, а благодаря сплошной конструкции нижней части с электродом, напоминающей длинное голенище рыбацкой бахилы, прибор можно погружать достаточно глубоко, не боясь залить электронику. Между тем, полностью погружать его в раствор не следует: несмотря на гордую надпись waterproof, его стандарт водозащиты — IP66, т. е. пыле- и брызгозащищённый, но не водонепроницаемый.

ПРАКТИКУМ: Калибровка pH-метра

Поскольку любой pH-метр спустя пару месяцев всё равно придётся калибровать, давайте начнём сразу с этого. Несмотря на пространное описание, калибровка — очень лёгкий процесс, занимающий не более 5 минут. Вот что для этого нужно:

Стаканы и порошки для pH-калибровки

• 3 чистых стакана ёмкостью от 250 мл;
• 750 мл дистиллированной воды;
• комплект порошков для приготовления калибрующих растворов (pH 4, pH 7 и pH 10).

Где взять дистиллированную воду? Если у вас дома установлен водоочистной фильтр с обратным осмосом (без дополнительных картриджей, обогащающих воду кальцием!), просто налейте три стакана отфильтрованной воды и проверьте её EC-метром; если он покажет 0, такую воду можно смело использовать для калибровки. Если же в воде есть примеси, лучше купить пару 1,5-л бутылок дистиллированной воды — например, в магазине автозапчастей. (Её, кстати, тоже не помешает проверить EC-метром на наличие примесей.)

Где взять пакетики с порошками для приготовления калибрующих растворов? Обычно один комплект пакетиков (в зависимости от модели pH-метра — с одним, двумя или тремя разными pH-значениями) прилагаются в комплекте с устройством. Поскольку данная модель калибруется по трём точкам, для одной калибровки понадобится три пакетика со значениями pH 4, pH 7 и pH 10. Пакетики одноразовые, т. е. все три пакета уйдут на одну калибровку. В дальнейшем такие комплекты можно покупать мелким оптом; главное, убедиться, что порошки имеют подходящую для вашей модели калибратора набор pH-значений.

Итак, приступим:

  1. Налейте воду в стаканы и разведите в них калибровочные порошки до полного растворения. (Содержимое каждого пакетика нужно высыпать в свой отдельный стакан.) Для ускорения процесса можно помешать воду пластмассовой ложкой.
  1. Поскольку значения pH зависят от температуры раствора, наибольшая точность калибровки достигается при 25°C. Поэтому если вы поклонник абсолютной точности, непременно убедитесь, что вода в стаканах имеет именно такую температуру. Я же считаю, что погрешность в 0,03 pH, обусловленная возможной температурной разницей, настолько несущественна (см. таблицу), что вне лабораторных условий ей можно смело пренебречь. Поэтому заранее даю воде из-под крана отстояться полчасика и калибрую при комнатной температуре.
  1. Открутите с электрода предохраняющий колпачок, нажмите кнопку CAL (калибровка) и опустите прибор в стакан с раствором pH 4. Прибор автоматически начнёт калибровку по этой точке. Через 15 секунд на дисплее высветится SA (т. е. saved, «результат сохранён»), после чего нужно извлечь прибор, стряхнуть с него капли и поместить в следующий стакан (pH 7), а затем, после сохранения результата, — в третий (pH 10):

pH-калибровка
pH-калибровка
  1. Готово! Калибровка завершена, ваш pH-метр готов к работе.

Измерение pH-раствора

Теперь, когда ваш pH-метр должным образом откалиброван, вот вам два практических задания:

  1. Перетасуйте стаканы с растворами и с помощью pH-метра определите кислотность в каждом из них.
  1. Налейте в чистый стакан воду из-под крана и измерьте её кислотность. Если она ниже ph 7, звоните в городскую службу водоснабжения.

С помощью чего можно скорректировать слишком высокий или слишком низкий pH?

См. подробную инструкцию.

На заметку

• Помните, что измерение pH происходит не мгновенно. Для получения точных результатов дождитесь, когда значение на экране прибора стабилизируется.

• Измеряя растворы с разной кислотностью, между измерениями стряхивайте излишки жидкости с pH-метра.

• Помните, что стеклянная колба pH-метра — довольно хрупкая штука. Поэтому постарайтесь не ронять ваш pH-метр на пол и не ударять его о твёрдые поверхности (к примеру, об стенку контейнера).

• Чтобы продлить срок службы вашего pH-метра, измеряйте им только чистую воду и гидропонный раствор. Не используйте его для измерения каких-либо других жидкостей.

• По завершении измерений промойте электрод под струёй воды, налейте в защитный колпачок чистую воду и закрутите его на электроде.


Продолжение тут
Все очерки раздела «Заметки балконного выращивателя»

Понравилась эта статья? Поделитесь ей в соцсетях:

Поделиться
Отправить
Запинить
Популярное