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pH-Elektroden

pH-Wert-Messung in Farbe

07.04.2009 | Autor / Redakteur: Helmut Becker* / Marc Platthaus

1 Die Elektroden mit Iod/Iodid-Referenzsystem heben sich nicht nur durch ihre Farbe von konventionellen Elektroden ab, sondern auch durch ihre Eigenschaften.
1 Die Elektroden mit Iod/Iodid-Referenzsystem heben sich nicht nur durch ihre Farbe von konventionellen Elektroden ab, sondern auch durch ihre Eigenschaften.

Der pH-Wert ist ein Maß für die Menge an Säure bzw. Base in einer Lösung. Die genaue Kenntnis des pH-Wertes ist für eine große Anzahl von chemischen und analytischen Fragestellungen von enormer Bedeutung und entscheidet häufig über den Ablauf einer Reaktion. Eine neue pH-Elektroden-Serie bietet dem Anwender mit dem Referenzsystem Iod/Iodid wichtige Vorteile.

Der pH-Wert zählt zu den Parametern, die heutzutage in nahezu allen chemischen Labors bestimmt werden. Das liegt natürlich auch daran, dass der pH-Wert eine der elementarsten physikalischen Eigenschaften des wichtigsten Lösungsmittels in Labor und Prozess – des Wassers – darstellt.

Für den geübten Praktiker ist die Messung des pH-Wertes Routine: Ein auf die Applikation abgestimmter Sensor, ein pH-Meter und Puffer zum Kalibrieren sind die Voraussetzungen für eine korrekte Messung. Eine pH-Messung soll möglichst wenig Zeit in Anspruch nehmen, denn der effizient arbeitende Praktiker will nicht nur sicher und zuverlässig messen, sondern auch mit seiner Zeit haushalten. Die größte Bedeutung bei der Bestimmung des genauen Messwerts hat die pH-Elektrode, da nur diese in Kontakt mit dem Messgut tritt.

Die beiden wesentlichen Bauteile der Elektrode sind die pH-sensitive Glasmembran sowie das Diaphragma, welches das Referenzsystem der pH-Elektrode mit der Messlösung verbindet. Die neue IoLine-pH-Elektrodenfamilie von SI Analytics (s. Kasten Hintergrund) weist hier viele Neuerungen auf, die für den Anwender vor allem in Bezug auf die Messsicherheit einige Vorteile bringen.

Aufbau und Vorteil der Iod/Iodid-pH-Elektroden

Augenfällig sind bei diesen Sensoren die farbigen Lösungen in der pH-Glas- und der Referenzelektrode. Dabei handelt es sich um Lösungen mit einem definierten Verhältnis von Iod zu Iodid. Das elektrochemische Potenzial des Redoxpaares Iod/Iodid hängt nur vom Konzentrationsverhältnis der beiden Stoffe ab, nicht aber von deren Absolutkonzentrationen:

  • E=E0 + (UN/2) log ([I3-]/[I-]3) mit E0=0,536 V (Nernst-Gleichung)
  • Reaktionsgleichung: I3- + 2e-↔ 3I-

Dieses Redoxpotenzial wird bei den neuen pH-Elektroden als Referenzpotenzial in der pH-Glaselektrode und im Bezugssystem genutzt. Bisher verfügbare Iod-Iodid-Bezugssysteme hatten den Nachteil einer kontinuierlichen Potenzialverringerung durch den Verlust von Iod aus dem Bezugselektrolyten.

Dieses Manko ist bei der neuen Serie mit ihrem patentierten Dreikammersystem inklusive Referenz-Vorratsspeicher beseitigt. Der Vorratsspeicher in der ersten Kammer der Elektroden frischt den Bezugselektrolyten und das Referenzelement in der zweiten Kammer permanent mit Iod auf, um die notwendige I3-/I--Konzentration und damit ein sehr stabiles Referenzpotenzial aufrechtzuerhalten. Über das innere Diaphragma ist die elektrolytische Verbindung zwischen der zweiten und dritten Kammer hergestellt, die den wechselbaren Brückenelektrolyten enthält. Dieser stellt über das äußere Diaphragma die Verbindung mit der Probe her. Das innere Diaphragma ist so ausgelegt, dass nur noch eine äußerst geringe Diffusion von I3-/I- (Triiodid/Iodid) in den Brückenelektrolyten erfolgt. Da der Iod-Verbrauch in dem Bezugselektrolyten somit nur sehr gering ist, genügt eine sehr langsame Nachlieferung aus der ersten Kammer. Der Vorratsspeicher ist somit quasi unerschöpflich und garantiert eine hohe Potenzialstabilität und dementsprechend lange Lebensdauer der Ioline-Elektroden.

Das System Iod/Iodid bietet aber noch eine weitere interessante Besonderheit gegenüber anderen Redoxsystemen wie Silber/Silberchlorid oder Quecksilber/Kalomel. Die Temperaturabhängigkeit beziehungsweise der Temperaturkoeffizient dieses Bezugssystems ist nahe Null. Dieser Koeffizient ist ein Maß dafür, wie stark sich das Potenzial mit jedem Grad Temperaturänderung im Vergleich zu einem identischen Bezugssystem, das auf einer konstanten Temperatur gehalten wird, verändert. Somit verhalten sich IoLine-Elektroden auch bei Temperaturwechseln während der Messung oder zwischen der Kalibrierung und der Messung nahezu ideal und bieten beste Voraussetzungen für sichere und zuverlässige Messungen.

Anwendungen des Iod/Iodid-Referenzsystems

Gegenüber dem klassischen Ag/AgCl-Referenzsystem bringt das Iod/Iodid-Referenzsystem der neuen Elektroden für den Anwender wesentliche Vorteile.

Das beschriebene Dreikammersystem mit zusätzlichem Referenz-Vorratsspeicher ergibt eine Elektrode mit hoher Lebensdauer, und das Doppelelektrolytsystem mit Brückenelektrolyt erlaubt die optimale Anpassung des Elektrolyten an die jeweilige Probe. Das Nachfüllen der Brückenelektrolyte ist durch ein Nachfüllloch im Sensorkopf extrem einfach geworden. Weiterhin zeichnen sich die Elektroden durch ein schnelles Einstellverhalten und exakte Messergebnisse aus. Selbst bei plötzlichem Wechsel der Einsatzbedingungen durch Temperaturänderung oder auch sprunghafte Änderungen des pH-Werts misst die Elektrode schnell und zuverlässig.

Außerdem ist das Iod-Iodid-System absolut frei von unerwünschten Metallionen. Die Elektroden sind somit hervorragend für Messungen geeignet, bei denen eine Kontamination der Proben durch Metallionen nicht akzeptabel ist, z.B. durch Silberionen bei der Messung in Trispuffern.

Dank der Verwendung unterschiedlicher Diaphragmen, Membranglasformen (von der universellen Kugelform über Mikro- bis hin zu Einstichversionen) und -arten sowie Schaftlängen und Anschlussmöglichkeiten steht dem Anwender immer die optimal zu seiner Anwendung passende Elektrode zur Verfügung.

Auch geeignet für regulierte Laborumgebungen

Gerade für GLP-relevante (Good Laboratory Practice, Gute Laborpraxis) Bereiche sind die ID-Ausführungen der IoLine-Elektroden im Zusammenspiel mit den Messgeräten der ProLab-Serie sehr gut geeignet.

Bei dieser Kombination sind die relevanten Daten (unter anderem Typ, Seriennummer, Steilheit und Nullpunkt der letzen Kalibrierung) direkt in der Elektrode abgelegt. Das pH-Messgerät nutzt dabei immer die individuellen Werte der jeweils angeschlossenen Elektrode, was die Sicherheit der Messung deutlich erhöht und eine automatisierte Dokumentation ermög-licht.

Die IoLine-Elektroden von SI Analytics sind somit die richtige Wahl für alle pH-Labormessungen unter höchsten Qualitätsanforderungen. Sie eignen sich sowohl für Aufgaben in der Forschung und Qualitätskontrolle der Pharmazie als auch für Anwendungen in der Biotechnologie oder der Lebensmittelindustrie.

*H. Becker, SI Analytics, 55014 Mainz

 

Schott Instruments wird zur SI Analytics

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