Das Grundprinzip der pH-Messung
Die wohl bekannteste und älteste Messmethode zur Bestimmung chemischer Reaktionsprozesse ist die pH-Messung. Allgemein wird die pH-Messung verwendet, um den Säure- oder Alkaligehalt einer Lösung zu bestimmen. Selbst chemisch reines Wasser weist eine geringe Menge Dissoziation auf, und seine Ionisierungsgleichung lautet: H2O H2O=H3O-OH - (1) Da nur eine sehr geringe Menge Wasser dissoziiert ist, ist die molare Ionenkonzentration im Allgemeinen ein negativer Potenzexponent. Um die Verwendung des negativen Potenzexponenten der molaren Konzentration für Berechnungen zu vermeiden, schlug der Biologe Sorensen 1909 vor, diesen unpraktischen Wert durch einen Logarithmus zu ersetzen und ihn als „pH-Wert“ zu definieren. Mathematisch ist der pH-Wert als negativer Logarithmus der üblicherweise verwendeten Wasserstoffionenkonzentration definiert. Das heißt, pH=ein log [H]
(2) Aufgrund der starken Temperaturabhängigkeit der Ionenproduktion ist es für die pH-Wert-Prozesssteuerung erforderlich, gleichzeitig die Temperatureigenschaften der Lösung zu kennen. Nur wenn das Messmedium die gleiche Temperatur hat, kann sein pH-Wert verglichen werden. Um einen reproduzierbaren pH-Wert zu erhalten, wird zur pH-Messung eine potentiometrische Analyse verwendet. Die bei der Potentialanalysemethode verwendete Elektrode wird als Primärbatterie bezeichnet. Die Spannung dieser Batterie wird als elektromotorische Kraft (EMF) bezeichnet. Diese elektromotorische Kraft (EMF) besteht aus zweieinhalb Batterien. Eine der Halbzellen wird als Messelektrode bezeichnet und ihr Potential steht in Zusammenhang mit einer bestimmten Ionenaktivität; die andere Halbzelle ist eine Referenzhalbzelle, allgemein als Referenzelektrode bezeichnet, die normalerweise mit der Messlösung verbunden und an ein industrielles pH-Meter angeschlossen wird. Die Standardwasserstoffelektrode ist der Referenzpunkt für alle Potentialmessungen. Die Standardwasserstoffelektrode ist ein Platindraht, der mit Platinchlorid galvanisiert (beschichtet) und von Wasserstoffgas umgeben ist. Die bekannteste und am häufigsten verwendete pH-Indikatorelektrode ist eine Glaselektrode. Es handelt sich um ein Glasrohr mit einem am Ende aufgeblasenen pH-empfindlichen Glasfilm. Das Röhrchen ist mit einer KCI-Pufferlösung gefüllt, die gesättigtes AgCI enthält und einen pH-Wert von 7 hat. Die auf beiden Seiten des Glasfilms bestehende Potenzialdifferenz, die den pH-Wert widerspiegelt, folgt der Nernst-Formel: E=Eo. 1n [H3oq (3) n.] In der Formel ist E das Potenzial; E ist die Standardspannung der Elektrode; R ist die Gaskonstante; T ist die Kelvin-Temperatur; F ist die Faraday-Konstante; N ist die Wertigkeit des gemessenen Ions; [HO] ist die Aktivität des HO-Ions. Wie aus der obigen Gleichung ersichtlich, besteht eine bestimmte Beziehung zwischen dem Potenzial E und der Aktivität und Temperatur von HO-Ionen. Bei einer bestimmten Temperatur kann durch Messen des Potenzials E ln [HO] berechnet werden (umgerechnet in log [HO], um den pH-Wert zu erhalten), was das Grundprinzip der pH-Erkennung ist. In der Nernst-Formel spielt die Temperatur als Variable eine wichtige Rolle. Mit steigender Temperatur steigt auch der Potenzialwert. Bei jedem Temperaturanstieg um 1 Grad ergibt sich eine potenzielle Änderung von 0,2 mV/pH. Dargestellt durch den pH-Wert variiert der pH-Wert um 0,0033 pro LPH pro I~C. Dies bedeutet, dass bei Messungen um 20-30 Grad und 7 pH keine Temperaturänderungen ausgeglichen werden müssen; bei Anwendungen mit Temperaturen über 30 Grad oder unter 20 Grad und pH-Werten über 8 oder unter 6 müssen Temperaturänderungen ausgeglichen werden.
