Das Prinzip der pH-Messung, das Gerät und die Arten von pH-Messgeräten

Um den pH-Wert (also den Säuregehalt) verschiedener Medien schnell zu bestimmen, werden pH-Meter eingesetzt. Industrie- oder Trinkwasser, Säure, Salz- oder Laugenlösung, Blut, Urin und andere Körperflüssigkeiten, Obst, Gemüse und andere Lebensmittel, Medikamente usw. — Grundsätzlich kann alles zum Gegenstand der betrieblichen pH-Wert-Forschung werden.

Bei der Messung des PH-Werts handelt es sich im Wesentlichen um eine Messung der Aktivität von Wasserstoffionen in einem Medium. Und selbst die Bezeichnung pH selbst wird wörtlich vom lateinischen „pondus Hydrogenii“ mit „Gewicht des Wasserstoffs“ übersetzt.

Heutzutage werden pH-Messgeräte häufig in der Mikrobiologie und Medizin, in der Wasseraufbereitung und Agrochemie, in der Bodenkunde, in der Hydrokultur, in der Labor- und Feldforschung, in der Chemie- und Lebensmittelindustrie, in der Aquaristik und an vielen anderen Orten eingesetzt.

Mit dem modernen pH-Meter können Sie den pH-Wert genau und schnell bestimmen.Bei einem pH-Wert von 7 handelt es sich um ein neutrales Medium, beispielsweise destilliertes Wasser, in dem die positiven Wasserstoffionen H+ und die negativen Hydroxidionen OH- gleichmäßig verteilt sind. Wenn der Säuregehalt mehr als 7 beträgt, ist das Medium alkalisch. Liegt der pH-Wert unter 7, ist das Medium sauer.

Und obwohl Chemiker den Säuregehalt des Mediums schon immer mit der klassischen Methode mithilfe von Indikatoren, beispielsweise Phenolphthalein, bestimmen konnten, ist es bei einigen Prozessen einfach erforderlich, diesen Indikator genau zu quantifizieren, und manchmal ist eine ständige Überwachung erforderlich es, um es zu korrigieren. Dafür wurden pH-Meter erfunden.

Das pH-Meter ist eigentlich ein elektronisches Millivoltmeter, da es die Potentialdifferenz zwischen dem elektrochemischen System eines Elektrodenpaars und dem Testmedium, in dem es platziert ist, misst. Zwar ist die Skala des Geräts hier nicht in Millivolt, sondern in pH-Werten abgestuft, da sich herausstellt, dass die gemessene EMF proportional zum pH-Wert ist.

Zwei Elektroden: ein Glasindikator (Oxidationsmittel haben keine Angst vor Borosilikatglas) und Silberchlorid – eine zusätzliche Referenzelektrode. Die Glaselektrode hat einen sehr hohen Widerstand von mehreren zehn Megaohm, und das ist nur die Grundvoraussetzung – der Sondenwiderstand sollte nicht weniger als 0,1 GΩ betragen. Das pH-Meter wird mit Pufferlösungen mit bekanntem pH-Wert kalibriert.

Da der EMF-Wert temperaturabhängig ist, verfügt jedes dieser Messgeräte über eine Temperaturkompensation für Messungen bei anderen Temperaturen als +25 °C.Um jedoch eine sehr hohe Genauigkeit zu erreichen, ist es notwendig, bei einer Temperatur von +25 °C genau zu messen, weshalb viele pH-Meter mit einem eingebauten Thermometer ausgestattet sind, sodass Sie die Temperatur des Mediums sofort verfolgen können der Prozess der Forschung.

Die Indikatorglaselektrode in Form einer Röhre mit einer dünnwandigen Kugel am Ende aus einem speziellen elektrisch leitfähigen Borosilikatglas ist im Wesentlichen an einen Stromkreis angeschlossen. Die Bewegung positiver H+-Ionen im Inneren eines solchen Glases ermöglicht dessen Nutzung (Kationen im Glas bewegen sich relativ zum Polyanion der Kieselsäure). In das Reagenzglas wird eine Suspension von Silberchlorid in einer Salzsäurelösung gegossen, anschließend wird ein Silberdraht hineingetaucht – so entsteht eine Silberchlorid-Elektrode.

Die Glaselektrode wird in das Prüfmedium abgesenkt, der Stromkreis wird durch Einbringen einer zusätzlichen Referenzelektrode (Quecksilber-Kalomel-Paste in Kaliumchloridlösung) geschlossen (über einen elektrolytischen Schalter oder direkt). Kaliumchlorid stellt den Kontakt zwischen dem Quecksilber-Kalomel-Anteil der Zelle und dem Testmedium her. Diese zusätzliche Elektrode befindet sich üblicherweise in einem für H+-Ionen undurchlässigen Glasgehäuse.

Der leitende Kontakt der Kaliumchloridlösung in der Referenzelektrode mit der Testlösung wird durch einen dünnen Faden oder eine Kapillare in einem Glasgehäuse hergestellt. Auf diese Weise entsteht eine galvanische Zelle aus einer Referenzelektrode und einer Silberchloridelektrode und Der Elektrolytteil der Zelle umfasst einen leitfähigen Glasfilm und eine Testumgebung.

Die EMF des Elektrodensystems wird mit einem Millivoltmeter gemessen, dessen Skala in pH-Werten unterteilt ist.Elektronen von der Silberchloridelektrode werden unter der Wirkung der gemessenen EMF auf die Referenzelektrode übertragen, was immer mit der Übertragung einer gleichen Anzahl von Protonen von der Innenseite der Glaselektrode auf das Medium einhergeht.

Wenn wir in diesem Fall die Konzentration positiver Wasserstoffionen H + in der Konstante der Glaselektrode nehmen, dann ist die EMF eine Funktion der Aktivität von H +, also eine Funktion des pH-Werts des untersuchten Mediums.

Moderne pH-Meter-Modelle arbeiten dank Mikroprozessoren, die eine Temperaturkompensation durchführen und viele damit verbundene Aufgaben lösen. Je komplexer das Gerät, desto mehr Aufgaben kann es lösen. Die Genauigkeitsklasse der Geräte variiert je nach Modell und für verschiedene Anwendungen kann ein passendes pH-Messgerät ausgewählt werden.

Es gibt Taschen-pH-Meter für den Haushalt, es gibt professionelle Labor-, tragbare und industrielle stationäre. Einige pH-Meter messen die Ionenkonzentration im Medium, den Nitratgehalt usw., verfügen über einen integrierten Speicher zum Speichern der Ergebnisse, die Möglichkeit zur Kommunikation mit einem Computer und die Funktion zur Anpassung von Parametern über eine Rückkopplungsschleife.