Das Prinzip und der Aufbau eines pH-Meters
1. pH-Meter
Das pH-Messgerät (Säuregehalt) ist ein Instrument zur Messung der H-Plus-Aktivität in der Lösung mit der potentiometrischen Methode. Der vom pH-Meter gemessene Wert ist eine Methode zur Darstellung des pH-Werts der Lösung, der durch den negativen Logarithmus der H-Plus-Ionenkonzentration in der Lösung ausgedrückt wird, d. h.: pH= ー lg[H plus ].
Das von uns verwendete pH-Messgerät besteht aus zwei Teilen: einem Strommessgerät und einer Elektrode. Bei der eigentlichen Messung wird die Elektrode in die zu messende Lösung eingetaucht und die Konzentration der H-Plus-Ionen in der Lösung in ein Spannungssignal im Millivolt-Bereich umgewandelt, das in den Stromzähler eingegeben wird. Der Stromzähler verstärkt das Signal und wandelt es durch Logarithmus in einen pH-Wert um. Anschließend wird der pH-Wert auf dem Millivolt-Füllstandsanzeigeinstrument angezeigt.
Das pH-Meter verwendet eine Glaselektrode als Messelektrode und eine Kalomelelektrode als Referenzelektrode. Die Änderung des Potenzials der Glaselektrode, die durch die Änderung der Konzentration von Wasserstoffionen verursacht wird, führt zu einer 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-elektromotorische Standardkraft der Elektrode, mV;
R ist eine molare Gaskonstante;
T ist die absolute Temperatur in Kelvin;
F ist die Faraday-Konstante.
Aus der Formel (2-6) ist ersichtlich, dass auch die Temperatur ein wichtiger Einflussfaktor bei der pH-Messung ist. Wir sollten auf die Temperaturveränderung achten und sie bei der Messung berücksichtigen. Die derzeit am häufigsten verwendeten pH-Elektroden sind Verbundelektroden, die aus kombinierten Glaselektroden und Kalomelelektroden bestehen.
2. pH-Elektrode
Elektroden sind ein wesentlicher Bestandteil eines pH-Meters. Die pH-Messung erfolgt über eine chemische Batterie bestehend aus einer Messelektrode und einer Referenzelektrode.
(1) Die pH-Messelektrode wird auch pH-Anzeigeelektrode genannt, die auf die Aktivität von Wasserstoffionen in der Lösung reagiert und das Elektrodenpotential entsprechend ändert. Fast alle modernen pH-Meter verwenden Glaselektroden als Messelektroden.
(2) Die Referenzelektrode (inerte Elektrode) reagiert nicht auf die Aktivität von Wasserstoffionen in der Lösung. Bei der pH-Messung fungiert 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 nicht durch oxidierende und reduzierende Substanzen beeinflusst, haben eine schnellere Gleichgewichtsgeschwindigkeit und sind weit verbreitet. Derzeit werden diese Elektroden hauptsächlich zur pH-Messung eingesetzt. Unabhängig von der Glasindikatorelektrode oder der Glasverbundelektrode handelt es sich bei allen um Dünnschichtelektroden. Das Membranpotential weist eine Nernst-Beziehung zur Wasserstoffionenaktivität in der gemessenen Lösung auf, was die einzigartigen Eigenschaften der Dünnschichtelektrode widerspiegelt. Diese Eigenschaften werden von der Elektrode selbst und den Einsatzbedingungen beeinflusst. und wirken sich auf die Messergebnisse aus.
