pH Tipps & Tricks_Laborpraxis

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  • Nr. 1 Wie sind pH-Einstabmessketten aufgebaut?

    Nr. 2 Referenzsysteme der pH-Elektroden

    Nr. 3 pH-Glser und ihre Eigenschaften

    Nr. 4 Kalibrierung als Basis der pH-Messung

    Nr. 5 Genauigkeit der pH-Messung

    Nr. 6 Temperatureinfluss Unsicherheit bei der pH-Messung

    Nr. 7 Sure- und Alkalifehler bei der pH-Messung

    Nr. 8 Diffusionspotenziale als Fehlerquelle

    Nr. 9 Auswahl der pH-Elektrode

    Nr. 10 Pflege der pH-Elektrode

    Nr. 11 Qualifizierung der pH-Messung

    Nr. 12 pH-Messung in organischen Medien

    SI Analytics GmbH, Hattenbergstrae 10, 55122 Mainz Tel.: +49 (0)6131/66-5111, Telefax: +49 (0)6131/66-5001, www.si-analytics.com, info@si-analytics.com

    pH Tipps & Tricks

  • pH TIPPS & TRICKS

    78 LaborPraxis

    LP

    Mrz 2010

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    Nr. 1

    Zur pH-Messung knnen die Anwender aus einer Vielfalt

    an unterschiedlichen pH-Elektroden auswhlen. Beim

    ersten Aussuchen ist die Wahl oft die Qual. Es gilt somit

    die Komponenten der pH-Elektroden inkl. ihrer Eigen-

    schaften zu beschreiben, damit die zur Anwendung am besten

    passende Elektrode gefunden werden kann.

    Aus welchen Komponenten besteht eine pH-Einstab-

    messkette und welche Funktionen haben diese?

    Der prinzipielle Aufbau von pH-Elektroden ist sehr

    einfach: Als potentiometrische Messketten bestehen

    sie aus einer Messelektrode und einer Bezugselektro-

    de. Seit vielen Jahren ist es Stand der Technik, beide

    in einem Schaft als Einstabmesskette zu integrieren. Darber

    hinaus hat ein groer Anteil der heute auf dem Markt erhlt-

    lichen pH-Elektroden bereits einen Temperaturfhler einge-

    baut, um die Temperaturabhngigkeit der Elektrodensteilheit

    im pH-Meter automatisch zu kompensieren. Der Aufbau solcher

    pH-Elektroden ist in der DIN 19261 anschaulich beschrieben

    und in Abbildung 1 schematisch dargestellt.

    Warum braucht der Anwender eine Bezugselektrode fr die

    pH-Messung?

    Die pH-Glaselektrode ist die Messelektrode. An ihr entsteht

    das pH-Signal in mV, das direkt proportional zum pH-Wert der

    Messlsung ist. Das Messsignal kann aber nur gegen eine Be-

    zugselektrode gemessen werden, da immer nur Potenzialdiffe-

    renzen also Spannungen gemessen werden knnen. Die Be-

    zugselektrode hat im Idealfall ein stabiles, konstantes und ein

    vom pH-Wert sowie der Zusammensetzung des Mediums unab-

    hngiges Potenzial bei allen Temperaturen.

    Nheres zu diesem Punkt wird im April-Beitrag der pH-

    Tipps&Tricks beschrieben. Im Mai-Beitrag folgt dann eine

    genauere Beschreibung der Eigenschaften von pH-Glsern,

    spter werden dann auch die weiteren Komponenten wie Dia-

    phragma und Elektrolyt vorgestellt.

    Was passiert an der Glasmembran?

    Die Glasmembran verndert sich aufgrund des pH-Wertes.

    Unter der Einwirkung von Wasser lsen sich aus der Glasober-

    flche Alkaliionen heraus, und die Oxidbrcken des Silikatge-

    rstes werden durch die Aufnahme von Wasser z.T. zu OH

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    Gruppen. So entsteht eine Quellschicht. Auf Wasserstoffionen

    wirkt diese Quellschicht wie ein Ionenaustauscher.

    Wie luft der Austauschprozess?

    Bei den Spezial-pH-Membranglsern bildet sich zwischen

    der Lsung und der Glasoberflche ein reproduzierbares Gleich-

    gewicht aus, das nur noch von der Wasserstoffionenkonzent-

    ration in der Lsung und in der Quellschicht abhngt.

    Abschlieend ist noch die Frage zu klren, wie der Anwen-

    der die richtige Wahl der Messkette erkennt: Die richtige Mess-

    kette liefert in der jeweiligen Anwendung die hchste Messsi-

    cherheit und lngste Lebensdauer.

    Nur eine zur Anwendung passende Elektrode erzielt

    die bestmgliche Messsicherheit und maximale Le-

    bensdauer. Besonders wichtig ist es, bei der Auswahl

    der Elektrode auf die Art des Diaphragmas zu ach-

    ten. Dieses stellt die Verbindung zwischen Elektrode und Mess-

    medium her. Sehr universell verwendbar ist z.B. das Platin-

    Diaphragma, das mit seinem definierten Elektrolytausfluss fr

    eine schnelle und stabile Messwerteinstellung sorgt und sich

    gleichzeitig selbst vor dem Eindringen von Messmedium

    schtzt.

    Literatur

    [1] DIN 19261, Beuth Verlag

    [2] Wissenswertes ber die pH-Messung, Dr. Michael Huber, 1989

    +49 (0) 61 31 /66 - 51 11

    Die nchste Ausgabe beschftigt sich mit Referenzsystemen der

    pH-Elektroden.

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    Wie sind pH-Einstabmessketten aufgebaut?

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    DR. IRIS SOUND UND

    HELMUT BECKER, SI ANALYTICS

    laborpraxis.de

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    1

    Aufbau einer Einstabmesskette.

    2

    Die Vorgnge an der Membran der Einstabmesskette.

    Bilder:SIAnalytics

    MMaurerTextfeldDer Beitrag ist urheberrechtlich geschtzt. Bei Fragen zu Nutzungsrechten wenden Sie sich bitte an pdf@vogel.dehttp://www.laborpraxis.de

  • pH TIPPS & TRICKS

    39LaborPraxis

    LP

    April 2010

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    Nr. 2

    Neben Glasmembran und Diaphragma knnen sich pH-

    Elektroden noch durch ihre unterschiedlichen Referenz-

    systeme unterscheiden. Es gilt, den Aufbau und die

    Einsatzgebiete der gngigen Systeme herauszustellen,

    um die Auswahl zu erleichtern.

    Was ist das Referenzsystem und wofr wird es ben-

    tigt? Welche Arten von Referenzsystemen gibt es und

    welche Eigenschaften haben diese [1]?

    Einzelpotenziale knnen nicht gemessen werden, son-

    dern nur Potenzialdifferenzen, d.h. Spannungen.

    Wenn eine pH-Messelektrode ein Potenzial abgibt, das

    von einer Ionenkonzentration abhngt, wird die Re-

    ferenzelektrode bentigt, weil deren Potenzial im Idealfall

    konstant und ber mglichst lange Zeit unabhngig von der

    Zusammensetzung der Lsung und der Temperatur ist. Als in-

    ternationale Referenz ist die Normalwasserstoffelektrode (SHE)

    im Einsatz. Sie kann jedoch aufgrund ihrer schwierigen Hand-

    habung i.d.R. nicht fr Standardapplikationen angewendet

    werden. Eine bewhrte Referenz ist die gesttigte Kalomel-

    elektrode (SCE). Am hufigsten verwendet wird ein Silber/Sil-

    berchloridsystem. Die beste Referenz fr raue Einsatzbedin-

    gungen ist Thalamid, die jngste Referenz das Iod/Iodid-Sys-

    tem. Vor- und Nachteile verschiedener Referenzsysteme sind

    in Tabelle 1 zusammengefasst. Weitere Eigenschaften der Re-

    ferenzelektrode werden durch das Diaphragma bestimmt.

    Das wichtigste Referenzsystem ist das Ag/AgCl-Sys-

    tem, da es sehr gut beschrieben, reproduzierbar und

    ungiftig ist. In den wenigen Fllen, in denen es

    Probleme bereitet, kann ein Iod/Iodid-Referenzsys-

    tem Abhilfe schaffen. Es bietet vor allem bei wechselnden

    Temperaturen und durch das Fehlen von Silberionen und an-

    deren eventuell strenden Metallionen eine Alternative. Auch

    bei sich schnell verndernden pH-Werten wie z.B. bei Titrati-

    onen kann es Vorteile aufweisen.

    Literatur:

    [1] Helmut Galster, pH-Messung, VCH 1990

    + 49 (0) 61 31 / 66 - 51 19

    Die nchste Ausgabe befasst sich mit pH-Glsern und deren

    Eigenschaften.

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    Referenzsysteme der pH-Elektroden

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    DR. IRIS SOUND UND

    HELMUT BECKER, SI ANALYTICS

    laborpraxis.de

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    Tabelle 1: Vor- und Nachteile unterschiedlicher Referenzsysteme

    Referenz-

    system

    Vorteil Nachteil

    Ag/AgCl sehr gut beschrieben,

    vielseitig, gut reproduzier-

    bar, weiter Temperaturbe-

    reich, nicht giftig => hohe

    Umweltvertrglichkeit

    Referenzpotenzial ist

    temperaturabhngig und

    kann, wenn bei einer

    anderen Temperatur

    gemessen wird, als kalib-

    riert wurde, ein abwei-

    chendes Potenzial liefern

    und damit die Messung

    beeinflussen.

    Hg/Hg

    2

    Cl

    2

    (Kalomel)

    stabiles Referenzpotenzial giftig, niedriger Tempe-

    ratureinsatzbereich von

    15 bis 40C

    Tl,Hg/TlCl

    (Thalamid)

    sehr geringe Hysterese,

    weiter Temperaturbereich,

    geringer Temperaturkoeffi-

    zient

    giftig

    Iod/Iodid geringe Polarisation, ge-

    ringe Temperaturabhngig-

    keit, frei von unerwnsch-

    ten Schwermetallionen

    Langlebigkeit war frher

    nicht gegeben.

    1

    Eine Iod/Iodid-Elektrode

    MMaurerTextfeldhttp://www.laborpraxis.vogel.deDer Beitrag ist urheberrechtlich geschtzt. Bei Fragen zu Nutzungsrechten wenden Sie sich bitte an pdf@vogel.de

  • pH TIPPS & TRICKS

    62 LaborPraxis

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    Mai 2010

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    Nr. 3

    Es gibt heute eine groe Zahl an unterschiedlichen pH-

    Glsern, die aufgrund ihrer Eigenschaften passend zur

    Anwendung ausgewhlt werden sollten.

    Welche pH-Glser gibt es, welche sind ihre Hauptei-

    genschaften und welches Membranglas ist fr welche

    Anwendung besonders zu empfehlen?

    Aufgrund de