解決策
1930年代半ばまで、酸性度を測定する化学者は主にリトマス紙に頼っていた。安価だが、柑橘類加工業者には役に立たなかった。レモンジュースの保存に使われる二酸化硫黄がリトマスの色の変化を完全に漂白してしまったからである。代替手段であるガラス電極を敏感な検流計に接続する方法は、電気化学的にpHを測定し、原理上は機能したが、実際には、カリフォルニア果実栽培者交換所で化学者グレン・ジョセフが試したガラス電極は絶えず割れた。
その理由は、既存の機器の仕組みに組み込まれていた。入手可能な検流計は電気感度が低かったため、検流計が反応するのに十分な強い信号を得るには、電気抵抗を低く保つために薄くて大きなガラス電極を使う必要があった。そして、実験室の条件下では、薄くて大きなガラスは壊れやすいガラスだった。測定をより信頼できるものにしようとする化学者は、同じトレードオフに何度も直面した。頑丈な電極では信号が弱すぎてメーターが読み取れず、読み取れるほど強い信号を得るには、日常的な取り扱いに耐えられないほど繊細な電極が必要だった。
達成したこと
検流計を、より弱い信号を読み取れる真空管増幅器に置き換えたことで、電極を薄く繊細なものではなく頑丈に作れるようになった。
うまくいった理由
検流計の感度が低いため、抵抗を下げるには電極を薄く大きくする必要があり、それが破損を引き起こしていた。
真空管増幅器ははるかに弱い信号を検出して増幅できたため、壊れやすい電極が不要になった。
増幅器、電極、メーターを統合したことで、あらゆる化学者が使いやすい機器となり、普及が進んだ。
応用できること
弱い検出器を満たすためにセンサーを壊れやすくしなければならない場合、より頑丈なセンサーの弱い信号を受け入れられるよう検出器を改善する。
その後
完成した「アシディメーター」は、ほどなくpHメーターと改名され、新たに開発されたはるかに頑丈なガラス電極と真空管増幅を組み合わせたもので、ジョセフの当初の壊れやすさの問題を完全に解決した。ベックマンの会社ナショナル・テクニカル・ラボラトリーズは、最初の通年である1936年に444台を販売し、1939年までに約2,000台を販売して、米国の主要な科学機器販売業者すべてのカタログに掲載されるようになった。
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出典
- Origins: Birth of the pH Meter Caltech Engineering & Science Magazine (quoting Beckman's 1978 Caltech Oral History interview) · magazine.caltech.edu
- The Development of the Beckman pH Meter American Chemical Society · acs.org