pH-Meter

pH-Messwert

Eine grobe pH-Messung kann unter Verwendung von pH-Papier oder Indikatoren, die unterschiedliche pH-Werte in unterschiedlichen Farben anzeigen, erfolgen. Diese Indikatoren weisen Einschränkungen in ihrer Genauigkeit auf und sind bei farbigen oder trüben Proben schwer zu interpretieren.

Wofür steht der Begriff „pH“?

Der Begriff pH wurde von dem mathematischen Symbol für negativen Logarithmus „p“ und dem chemischen Symbol für Wasserstoff „H“ abgeleitet.

Genauere pH-Messungen lassen sich mit einem pH-Meter erzielen. Ein System zur pH-Messung besteht aus drei Teilen: Einer pH-Messelektrode, einer Referenzelektrode und einem Messgerät mit hoher Eingangsimpedanz. Die pH-Elektrode kann man sich als Batterie vorstellen, die eine Spannung abgibt, die dem pH der zu messenden Lösung entspricht. Die pH-messende Elektrode ist ein Wasserstoffionen gegenüber empfindlicher Glaskolben mit einem mV-Ausgang, der sich entsprechend den relativen Wasserstoffionenkonzentrationen innerhalb und außerhalb des Kolbens verändert. Der Ausgang der Referenzelektrode bleibt bei Aktivitätsänderungen der Wasserstoffionen unverändert. Die pH-Elektrode hat einen sehr hohen internen Widerstand, der das Messen der pH-abhängigen Spannungsänderungen erschwert. Deshalb sind die Eingangsimpedanz des pH-Messgeräts und die Kriechstromfestigkeit wichtige Faktoren. Der pH-Meter ist im Prinzip ein Verstärker mit sehr hohem Eingangswiderstand, der die schwachen Elektrodenspannungen misst und die Ergebnisse direkt in pH-Einheiten entweder analog oder digital anzeigt. In einigen Fällen, wie speziellen Anwendungen oder der Verwendung ionenselektiver oder das Redoxpotential messender Elektroden, können auch die Spannungen angezeigt werden.

pH-Elektroden

Die Technologie der pH-Elektroden hat sich in den vergangenen 50 bis 60 Jahren kaum verändert. Trotz aller technischen Fortschritte der dazwischen liegenden Jahre ist die Herstellung von pH-Elektroden eine Kunst geblieben. Die Glaskörperelektrode erhält ihre spezielle Konfiguration durch traditionelle Glasbläser. Weder ein besonders fortschrittliches noch ein hoch technisiertes Verfahren, aber ein entscheidender und wichtiger Schritt während der Elektrodenproduktion. Es ist nämlich so, dass die Glasdicke den Elektrodenwiderstand bestimmt und ihren Ausgang beeinflusst.

Temperaturkompensation

Wegen der temperaturempfindichen pH-Elektroden und Messergebnisse beinhaltet das Messgerät eine Temperaturkompensation. Die Temperaturkompensation erfolgt entweder manuell oder automatisch. Bei der manuellen Kompensation ist eine separate Temperaturmessung erforderlich, wobei sich die manuelle Kompensationssteuerung am pH-Meter auf einen angenäherten Temperaturwert einstellen lässt. Bei der automatischen Temperaturkompensation (ATC) erhält das pH-Meter das Signal eines separaten Temperaturfühlers, sodass es den pH der Probe bei dieser Temperatur genau bestimmen kann.

Pufferlösungen

Pufferlösungen weisen einen bestimmten konstanten und unveränderlichen pH auf, d. h. sie widerstehen einer Änderung des ihnen eigenen pH. Sie dienen der Kalibrierung einer pH-Messeinrichtung, bestehend aus Elektrode und Messgerät. Die Ausgangswerte mehrerer Elektroden können geringe Differenzen untereinander aufweisen, genauso kann sich der Ausgangswert einer Elektrode mit der Zeit verändern. Deshalb muss das System regelmäßig kalibriert werden. Pufferlösungen sind über einen breiten pH-Bereich sowohl als gebrauchsfertig angemischte Flüssigkeit als auch in Form von Trockenpulver für das bequeme Selbstanmischen verfügbar. Die meisten pH-Messgeräte erfordern eine Kalibrierung auf einen bestimmten pH. Eine der Kalibrierungen erfolgt normalerweise nahe dem potentialgleichen Punkt (das bei pH 7 erzeugte Elektrodensignal beträgt 0 mV bei 25°C); eine zweite erfolgt normalerweise bei entweder pH 4 oder pH 10. Am Besten wird eine Pufferlösung gewählt, die dem aktuell zu messenden pH möglichst nahe kommt.