Prinzip und Aufbau eines pH-Meters
1. pH-Meter
Ein pH-Meter (Säuremessgerät) ist ein Gerät, das die H+-Aktivität in einer Lösung mit der potentiometrischen Methode misst. Der mit einem pH-Meter gemessene Wert ist eine Methode, mit der der pH-Wert einer Lösung ausgedrückt wird. Er wird durch den negativen Logarithmus der H+-Ionenkonzentration in der Lösung ausgedrückt, d. h.: pH=ーlg[H+].
Das von uns verwendete pH-Meter besteht aus zwei Teilen: einem elektrischen Messgerät und einer Elektrode. Bei der eigentlichen Messung wird die Elektrode in die zu messende Lösung eingetaucht und die H+-Ionenkonzentration in der Lösung in ein Millivolt-Spannungssignal umgewandelt, das in das elektrische Messgerät eingegeben wird. Das elektrische Messgerät verstärkt das Signal und wandelt es logarithmisch in einen pH-Wert um. Anschließend zeigt das Millivolt-Anzeigemessgerät den pH-Wert an.
Das pH-Meter verwendet eine Glaselektrode als Messelektrode und eine Kalomelelektrode als Referenzelektrode. Die durch die Änderung der Wasserstoffionenkonzentration verursachte Änderung des Potenzials der Glaselektrode bewirkt eine Änderung des Potenzials zwischen ihr und der Kalomelelektrode, die der Formel (2-6) entsprechen sollte.
E=E0-2.3026RT/F…………(2-6})
In der Formel:
E - elektromotorische Kraft, mV;
E0 - Standard-elektromotorische Kraft der Elektrode, mV;
R ist die Gaskonstante pro Mol;
T ist die absolute Temperatur in Kelvin;
F - Faradaysche Konstante.
Aus Gleichung (2-6) ist ersichtlich, dass die Temperatur auch bei der Messung des pH-Werts ein wichtiger Faktor ist. Beim Messen sollten Sie auf Temperaturänderungen achten und diese berücksichtigen. Derzeit sind die meisten der gebräuchlichsten Elektroden für den pH-Wert Verbundelektroden, die Glaselektroden und Kalomelelektroden kombinieren.
2.pH-Elektrode
Die Elektrode ist ein wesentlicher Bestandteil des pH-Meters. Die pH-Messung wird durch die Bildung einer chemischen Batterie mit einer Messelektrode und einer Referenzelektrode vervollständigt.
(1) Die pH-Messelektrode, auch pH-Anzeigeelektrode genannt, reagiert auf die Aktivität von Wasserstoffionen in der Lösung, und das Elektrodenpotential ändert sich entsprechend. Fast alle modernen pH-Meter verwenden Glaselektroden als Messelektroden.
(2) Die Referenzelektrode (inerte Elektrode) reagiert nicht auf die Aktivität der Wasserstoffionen in der Lösung. Bei der pH-Messung dient sie als Halbzelle mit konstantem Potential und bildet mit der pH-Messelektrode eine chemische Batterie, die ein festes Referenzpotential bereitstellt und aufrechterhält.
(3) Eine Verbundelektrode ist eine Elektrode, die eine pH-Messelektrode und eine Referenzelektrode kombiniert. Verbundelektroden werden von oxidierenden und reduzierenden Substanzen nicht beeinflusst, haben eine schnelle Gleichgewichtsgeschwindigkeit und werden häufig verwendet. Derzeit werden diese Elektroden hauptsächlich zur pH-Messung verwendet. Unabhängig davon, ob es sich bei der Glasindikatorelektrode oder der Glasverbundelektrode um eine Dünnschichtelektrode handelt, weist das Membranpotential eine Nernst-Beziehung zur Wasserstoffionenaktivität in der zu messenden Lösung auf, was die einzigartigen Eigenschaften der Dünnschichtelektrode widerspiegelt. Diese Eigenschaften werden von der Elektrode selbst und den Verwendungsbedingungen beeinflusst und wirken sich auf die Messergebnisse aus.
