PH-Meter-Messelektrode und ihre Auswahlmethode
Die Antimon-Messelektrode ist ein Halbmetall mit einer aktiven Oberfläche aus reinem Antimon. Der Antimonkontakt der Elektrode durchläuft eine chemische Reaktion, bei der eine Wasserstoffoxidschicht entsteht. Der Grund, warum Antimonelektroden wie andere Elektroden auf den pH-Wert reagieren können, liegt darin, dass diese Oxidschicht den pH-Wert erfassen kann. Antimonelektroden sind jedoch für Messungen nicht so gut wie Glas- oder ionensensitive Feldeffekttransistor-(ISFET)-Elektroden, da ihre Reaktion auf pH-Wert und Temperatur nicht linear ist. Ihre Standardtemperatur ist auf 0-80~C begrenzt und der Standard-pH-Bereich beträgt 2-11. Oxidations- oder Deformationsreaktionen können die Messung von Antimonelektroden unterbrechen. Beispielsweise können Oxidation oder Deformation durch das Vorhandensein von Chlor oder Sulfit verursacht werden. Denn Antimonkontakte können auf mögliche Oxidation oder Deformation reagieren. Antimonelektroden werden heute kaum noch zur pH-Messung verwendet, sondern nur in Prozessen, die Flusssäurelösungen enthalten. Denn eine Flusssäurelösung mit einem pH-Wert von weniger als oder gleich 4 kann die Glas- oder ionensensitiven Feldeffekttransistor-(ISFET)-Elektroden schnell beschädigen. Allerdings ist der Einsatz von Antimonelektroden in Flusssäurelösungen auch hier eingeschränkt, da bei pH-Werten kleiner oder gleich 2 kaum Messergebnisse erzielt werden können.
Die Glasmesselektrode enthält einen speziellen Glasmechanismus, der ein mV-Signal aussenden kann, das sich mit dem pH-Wert ändert. Glaselektroden zeigen typischerweise eine sehr lineare mV-Reaktion auf pH-Werte im Bereich von 1 bis 12. Hersteller von Glaselektroden bieten im Allgemeinen Elektroden unterschiedlicher Dicke an, um verschiedenen Temperaturbedingungen gerecht zu werden. Beispielsweise sind Glaselektroden für Temperaturen im Bereich von 0 bis 80 °C oder 20 bis 110 °C geeignet. Trotzdem sind dicke Glaselektroden immer noch zerbrechlich und anfällig für Brüche oder Bruch. Die Verwendung von Glaselektroden in Lösungen mit einem pH-Wert größer oder gleich 11 kann zu Natriumfehlern führen, während Glaselektroden im Vergleich zu Lösungen mit niedrigeren Wasserstoffkonzentrationen im Allgemeinen auf Lösungen mit höheren Natriumkonzentrationen reagieren. Andere Lösungen, wie Kalium, neigen ebenfalls zu dieser Reaktion. pH-Messwerte, die niedriger als der wahre Wert sind, treten im Allgemeinen bei pH 0,1 bis 0,3 auf. Lösungen mit hohem pH-Wert können die Elektrode auch korrodieren. Lösungen mit hoher Temperatur und hohem pH-Wert können die Reaktion von Glaselektroden auf den pH-Wert beeinflussen und ihre Lebensdauer verkürzen. Für Lösungen mit hohem pH-Wert werden dickere Glaselektroden verwendet. Im Gegensatz dazu erzeugt die Glaselektrode in Lösungen mit niedrigem pH-Wert, z. B. mit einem pH-Wert von kleiner oder gleich 1, einen Säurefehler. Da das Säure-Wasser-Verhältnis in der Lösung hoch ist, werden sowohl die Glasschicht als auch die Elektrodenreaktion beeinträchtigt. Darüber hinaus können Lösungen mit hohem Säuregehalt die Genauigkeit beeinträchtigen. Außerdem muss beachtet werden, dass Flusssäure die Glaselektrode korrodieren und letztlich beschädigen kann. Als allgemeine Regel gilt, dass Flusssäure oder Lösungen mit einem pH-Wert von kleiner oder gleich 4 die Lebensdauer von Glaselektroden verkürzen. Eine genauere Erklärung ist, dass Glaselektroden instabil sind und bei Messungen in 10 mol/l Flusssäure korrodieren können. Im Vergleich zu Glaselektroden weisen Antimon-Messelektroden eine viel stärkere Beständigkeit gegen Flusssäurekorrosion auf.
3 Die Messelektrode mit ionensensitivem Feldeffekttransistor (ISFET) wird seit den 1970er Jahren als Sensor verwendet, wird jedoch erst seit kurzem in der industriellen Messung eingesetzt. Der Hauptgrund dafür ist, dass das Design der ISFET-Elektrode häufig Messfehler verursacht und täglich häufig kalibriert werden muss. Die Leistung des ionensensitiven Feldeffekttransistors (ISFET). Verglichen mit Glaselektroden weist er keinen Natriumfehler auf und der Säurefehler ist in Lösungen mit niedrigem pH-Wert viel geringer als bei Glaselektroden. Die Oxidations-/Deformationsreaktion unterbricht die pH-Reaktion von ionensensitiven Feldeffekttransistoren nicht. Tatsächlich wurde bisher keine Unterbrechung durch irgendwelche Umstände festgestellt. Ionensensitive Feldeffekttransistorelektroden können ab einem pH-Wert von 0-14 die richtige lineare mV-Reaktion liefern. Glaselektroden können jedoch nur im pH-Bereich von 12 reagieren und Antimonelektroden nur im pH-Bereich von 11. Darüber hinaus sind sie von Natur aus sehr robust, während Glaselektroden zerbrechlich sind. In vielen Messumgebungen ist die pH-Elektrode von ionensensitiven Feldeffekttransistoren weniger anfällig für chemische Korrosion, Sondenkontamination und allgemeine Schäden als Antimon- oder Glaselektroden. Das aktuelle Design weist jedoch noch Mängel auf. Es ist anfälliger für korrosive Lösungen mit hohen Temperaturen als Glaselektroden, kann jedoch die Messgenauigkeit besser aufrechterhalten als Glas- oder Antimonelektroden. Flusssäure kann sie ebenfalls schnell beschädigen. Darüber hinaus verursacht eine gewisse chemische Korrosion tatsächlich eine stärkere Korrosion der Elektroden von ionenempfindlichen Feldeffekttransistoren als Glas- oder Antimonelektroden.
