Was misst ein pH Meter?

Der pH-Wert gibt das Potential des Wasserstoffs in einer Lösung an und bestimmt damit, ob ein basischer oder saurer Charakter vorliegt. Die Skala bewegt sich zwischen 0 und 14. Im Laufe der Zeit entstanden zahlreiche Messmethoden, um diesen Wert genau zu bestimmen. Ein sogenannter pH-Meter soll, wie der Name bereits verlauten lässt, die Messung einer Lösung vereinfachen.

Geschichte des pH-Meters

Die technische Grundlage des Geräts lieferten zahlreiche Wissenschaftler bereits im frühen 20. Jahrhundert. Das erste Patent lieferte Jenaer Glas mit einem auf Wasserstoffelektroden basierten Messgeräts ab. Schon zuvor entwickelte Arnold Beckman ein ähnliches Gerät, welches auf Gaselektroden basierte. Ziel war die Messung des Säuregehalts von Zitrusfrüchten. Der Aufbau der Gerätschaften ist jedoch ähnlich.

Verschiedene Modelle

1. Glaselektroden

Das konventionellste Messprinzip beruht auf der Nutzung von Glaselektroden. Durch eine induzierte Halbzellenreaktion an einer Glasmembran entsteht ein elektrisches Potential mit Abhängigkeit zur Konzentration an H+-Ionen. Eine Spannung entsteht letztlich aus der Differenz der Potentiale zur Bezugselektrode, welche die lineare Abbildung des vorliegenden pH-Werts ermöglicht. Normalerweise dient eine Silber-Silberchlorid-Halbzelle hierbei als Bezugselektrode, welche in Kombination mit einer Glaselektrode eine Einstab-Messkette ergibt. Mit der Lösung ist diese Elektrode per Diaphragma verbunden, welches meist aus Platinschwamm, Keramik oder Glasschwamm besteht. Um eine Leitfähigkeit und die Potentialneutralität zu gewährleisten, ist die Aufbewahrung der Glaselektrode in Kaliumchlorid vonnöten.

Bei Messungen dieser Art wird ein schwacher Strom erzeugt, der nicht belastbar ist. Zur Messung ist daher ein Verstärker mit eingebautem hohen Eingangswiderstand sowie einem Spannungsanzeiger notwendig. Zu Störungen bei der Messung kommt es häufig in Folge der geringen Belastbarkeit des eingesetzten Messpotenzials. Zu den Störfaktoren gehören so etwa Auslaugungen oder Verunreinigungen des Diaphragmas.

2. Feldeffekttransistoren

Eine neuartigere Messmethode basiert auf dem Prinzip der Feldeffekttransistoren. Erzielte Messwerte sind generell stabiler. Allerdings ergibt sich eine geringere Haltbarkeit der Geräte aufgrund eines sensiblen Sensors.

3. Wasserstoffelektroden

Die älteste Methodik zur Messung des pH-Werts wird durch das Wasserstoffpotential realisiert. Derartige Geräte sind besonders aufwändig und erfordern einen massiven technischen Aufwand aufgrund der Wasserstoffversorgung. In den letzten Jahren ließen sich diese Probleme jedoch beikommen, sodass diese Methode klar als optimale Wahl heraussticht. Zu den Vorteilen gehören etwa:

-Mechanische Stabilität
-Keine Säurefehler
-Niedrige Impedanz
-Fehlende Alkali-Fehler

Zu den gängigen Nachteilen gehören etwa eine Empfindlichkeit gegenüber reduzierenden oder oxidierenden Spezies sowie eine Empfindlichkeit gegenüber sämtlichen Schwermetallsalzen, welche edler sind als Wasserstoff.

Kalibrierung

Damit die Messergebnisse stets genau sind, ist eine routinemäßige Kalibrierung der Geräte vonnöten. Hierzu ist die Nutzung von Standardlösungen mit einem bekannten pH-Wert notwendig. Weitere Infos finden Sie hier: https://www.winlab.de/schule/mess-pruefgeraete/elektrochemische-messgeraete/ph-meter/

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