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?

Водородный показатель (pH, произносится пэ аш)  — это характеристика водного раствора, описывающая меру его кислотности. 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=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 постоянно поддерживать!) такую кислотность раствора, при которой доступность всех питательных элементов будет оптимальной.

Какое значение pH оптимально для питательного раствора?

Для ответа на этот вопрос взглянем на диаграмму, на которой сопоставлена относительная доступность различных питательных элементов в зависимости от кислотности, т. е. pH-значения раствора:

Доступность питательных элементов в гидропонном растворе
Относительная доступность питательных элементов в зависимости от pH. Чем толще полоска, тем выше доступность элемента в данном диапазоне pH. Зелёным цветом выделен pH-диапазон, в котором доступность всех элементов сочетается наилучшим образом

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

Однако 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 (между pH 6,0 и 6,5) и является оптимальным для большинства гидропонных растворов.

В литературе по гидропонике для оптимальных результатов при выращивании большинства растений в гидропонике рекомендуются ещё более узкий коридор: между pH 5,9 и 6,2. (В моей балконной оранжерее во всех гидропонных контейнерах кислотность раствора равна pH 6, и растения растут очень хорошо.)

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 их не путать при использовании, они обычно выпускаются разных цветов — pH-метр, чаще всего, жёлтый, а EC-метр синий (хотя эта цветовая схема не догма: главное, купить разные).

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 у 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 $. 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.

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, я использую три пакетика со значениями pH 4, pH 7 и pH 10. Пакетики одноразовые, т. е. один комплект годится на одну калибровку. В дальнейшем их можно покупать отдельно (разумеется, чем больше, тем дешевле).

Итак, поехали:

  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 фанат 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.

На заметку

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

• Измеряя растворы с разной кислотностью, 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»

Поделиться
Отправить
Запинить
Популярное