Was ist das Prinzip eines pH-Meters?

pH-Meter   sind eine Technologie, die zwar auf Designs aus den 1930er Jahren wurzelt, sich aber erheblich weiterentwickelt hat. Heute haben wir Zugriff auf verschiedene automatisierte pH-Messgeräte, die den Prozess der pH-Messung rationalisieren.

Ein pH-Meter ist ein Werkzeug, das den Säuregehalt oder die Basizität einer Lösung beurteilt. Lösungen saurer Natur verfügen über eine Fülle positiv geladener Wasserstoffionen, wohingegen basische (alkalische) Lösungen reich an negativ geladenen Hydroxidionen sind.

Labor-pH-Meter

Das Grundprinzip von pH-Wasserzählern ist die sogenannte Potentiometrie, bei der das elektrische Potenzial (oder die Spannung) einer Lösung gemessen wird. Denken Sie an saure Lösungen – ihr hoher Wasserstoffionengehalt bedeutet, dass sie Elektrizität gut leiten können, eine Eigenschaft, die als elektrisches Potenzial bezeichnet wird. Dieses Konzept ist sowohl für das Verständnis als auch für die Verwendung von pH-Messgeräten von entscheidender Bedeutung.

In der Praxis a pH-Wasserzähler verwendet zwei Elektroden, die in die Flüssigkeit eingeführt werden und einen Stromkreis bilden. Die Referenzelektrode enthält eine Substanz mit bekanntem elektrischem Potential, während die Sensorelektrode in die Testlösung eingetaucht ist. Das pH-Meter misst dann die elektrische Potenzialdifferenz zwischen diesen beiden Elektroden.

Verwendungsmöglichkeiten von pH-Messgeräten

pH-Meter finden ihren Einsatz in den unterschiedlichsten Bereichen, von der medizinischen Forschung bis hin zu industriellen Anwendungen. Das Prinzip der Messung der Spannung einer Lösung ist bei diesen Anwendungen, bei denen es sich immer um flüssige Proben handelt, gleich. In der pharmazeutischen Industrie sind pH-Wassermessgeräte unverzichtbar für die Erforschung des Arzneimittelstoffwechsels, bei dem der Säuregehalt eine wichtige Rolle spielt. Landwirtschaftliche Betriebe profitieren von pH-Wassermessgeräten bei der Prüfung der Boden- und Wasserqualität. Sie sind auch in Wasseraufbereitungsanlagen von entscheidender Bedeutung, um Filtertechniken zu validieren und die Wassersicherheit in Schwimmbädern und Aquarien zu gewährleisten. Darüber hinaus sind pH-Wassermessgeräte ein wesentlicher Bestandteil bei der Entwicklung von Lebensmitteln, Kosmetika und Reinigungsmitteln und beweisen ihre umfassende Anwendbarkeit.

Komponenten eines pH-Meters

Einige der Teile, aus denen ein pH-Wasserzähler besteht, sind::

Das Messgerät für hohe Eingangsimpedanz

Diese Komponente ist im Wesentlichen das Gehirn des Geräts und beherbergt einen Mikroprozessor, der mit winzigen Elektrodenspannungen umgehen kann. Es ist dafür verantwortlich, den pH-Wert einer Lösung zu interpretieren, die Messtemperatur zu berücksichtigen und die Spannungswerte des Verstärkers in verständliche pH-Einheiten umzuwandeln, die auf dem Bildschirm angezeigt werden.

Die kombinierte Elektrode

Die kombinierte Elektrode ist für die Funktionalität des pH-Meters von zentraler Bedeutung und besteht aus zwei kritischen Teilen, in denen der eigentliche Messvorgang stattfindet. Dieses sowohl komplizierte als auch empfindliche Doppelelektrodensystem ist der wichtigste Teil des Messgeräts, der gleichzeitig den größten Verbrauch verursacht. Es umfasst:

Die Referenzelektrode: Diese Elektrode ist ein Wunder an Konsistenz und Stabilität. Es enthält ein Referenzmaterial in einer Kaliumchloridlösung, wie Quecksilber oder Quecksilberchlorid.

Die pH-Glaselektrode: Der Sensor oder die Indikatorelektrode ist ein Glaskolben, der äußerst empfindlich auf Wasserstoffionen reagiert. Die Millivolt-Ausgabe ändert sich mit der Wasserstoffionenkonzentration innerhalb und außerhalb der Glühbirne und ermöglicht so genaue pH-Messungen.

Der Verstärker

Der Verstärker des Soundsystems, der Spannungsverstärker in einem pH-Meter, erhöht seine Genauigkeit. Durch die Verstärkung des Signals wird sichergestellt, dass das Messgerät den Säuregehalt, die Basizität oder den Neutralitätsgrad in einer Lösung über das gesamte pH-Spektrum von 0 bis 14 genau wiedergeben kann.

Thermometersonde

Einige pH-Wasserzähler sind mit einer Thermometersonde ausgestattet, was ihre Fähigkeiten erweitert. Diese als automatische Temperaturkompensation (ATC) bekannte Funktion ermöglicht es dem Messgerät, die Temperatur der Lösung zu berücksichtigen, ein wichtiger Faktor, da die Temperatur den pH-Wert direkt beeinflusst. Diese Integration stellt sicher, dass die Messwerte korrekt und für den aktuellen Zustand der Lösung relevant sind.

Anleitung zum Betrieb eines pH-Meters

1. Stellen Sie sicher, dass alle Proben vor der Messung die gleiche Temperatur erreichen, da die pH-Werte von der Temperatur beeinflusst werden. Passen Sie Temperaturunterschiede an, wenn die Proben keine Temperatur von 25 °C haben. Verwenden Sie ein Thermometer, um die Temperatur jeder Probe zu bestimmen und geben Sie diese manuell in das Messgerät ein, oder verwenden Sie eine ATC-Sonde (Automatic Temperature Compensation) für die automatische Temperatureingabe.

2. Öffnen Sie die Probenbecher und bereiten Sie sie zum Testen vor.

3. Spülen Sie die pH-Elektrode vor dem Eintauchen in die Probe mit entionisiertem Wasser ab. Um eine Kontamination der Proben zu vermeiden, führen Sie diese Spülung über einem Abfallbecher durch. Verwenden Sie zum Spülen der Elektrode niemals denselben Becher, den Sie auch für die Probenmessung verwenden.

4. Tauchen Sie die Elektrode in den ersten Probenbecher und stellen Sie sicher, dass Spitze und Verbindungsstelle vollständig eingetaucht sind. Rühren Sie die Probe vorsichtig und gleichmäßig um.

5. Aktivieren Sie das Messgerät, um mit der Aufzeichnung des pH-Werts zu beginnen.

6. Warten Sie 1 bis 2 Minuten, bis sich der Messwert stabilisiert, und notieren Sie dann den pH-Wert und die Temperatur der Probe.

7. Für weitere Proben wiederholen Sie die Schritte vom Spülen der Elektrode (Schritt 3) bis zur Aufzeichnung des pH-Werts und der Temperatur (Schritt 6). Um eine gleichbleibende Genauigkeit zu gewährleisten, tauchen Sie die Elektrode in jede Probe gleich tief ein. Reinigen Sie die Elektrode nach Abschluss aller Messungen mit entionisiertem Wasser und bewahren Sie sie in einer pH-Elektroden-Aufbewahrungslösung auf.

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