Eine pH-Elektrode wird zur Messung des pH-Werts eingesetzt. Sie besitzt eine Glasmembran, die empfindlich auf H⁺-Ionen reagiert. Die Elektrode erfasst deren Aktivität in einer Lösung, woraus der Säuregrad bzw. die Alkalität der Probe bestimmt werden kann.
Die pH‑Elektrode besteht aus zwei elektrochemischen Halbzellen: der Indikatorelektrode und der Referenzelektrode. Diese sind über ein empfindliches Voltmeter verbunden, das die elektromotorische Kraft der Lösungen in einen Wert auf der pH‑Skala umwandelt. Eine negativ geladene Glasmembran bildet dabei das eigentliche Messsystem.
Die pH‑Elektrode misst die Potentialdifferenz zwischen der Referenzelektrode und der Glas-pH‑Elektrode. Diese Differenz hängt von der Konzentration der H⁺‑Ionen in der Lösung ab, also vom Säuregrad bzw. pH‑Wert der Lösung.
Die Steigung der pH‑Elektroden‑Charakteristik zeigt, wie sich das Potenzial einer bestimmten pH‑Sonde unter dem Einfluss einer zehnfachen Änderung der Konzentration des Ions, auf das die Elektrode empfindlich reagiert, verändert. Bei einer Glaselektrode entspricht dies der Änderung ihres Potenzials pro pH‑Einheit [mV/pH].
Der pH-Wert wird mit verschiedenen Arten von Elektroden gemessen:
Heutzutage werden für die pH-Messung überwiegend Kombinations-pH-Elektroden, sogenannte Kombinationselektroden, verwendet. Sie sind in der Messpraxis deutlich praktischer.
Aufgrund ihrer mechanischen Widerstandsfähigkeit eignen sich Elektroden mit Epoxidharzkörper für anspruchsvolle Anwendungen. Ihr Nachteil ist jedoch eine geringere Wärmebeständigkeit im Vergleich zu Glaselektroden. Sie können auch zur Bestimmung des pH‑Werts von Lösungen verwendet werden, die organische Lösungsmittel und ätzende Substanzen enthalten. Glaselektroden hingegen halten höheren Betriebstemperaturen und stark korrosiven Lösungsmitteln stand.
Doppelverbindungselektroden verfügen über eine zusätzliche Salzbrücke, um Reaktionen zwischen der Elektrodenfülllösung und der Probe zu verhindern. Solche Reaktionen könnten die Elektrodenverbindung beschädigen. Doppelverbindungselektroden werden zum Testen von Proben verwendet, die Proteine, Schwermetalle oder Sulfide enthalten.
Einzelverbindungselektroden – für allgemeine Anwendungen.
Eine Referenzelektrode – gefertigt aus einem gegenüber H⁺‑Ionen unempfindlichen Material und mit offenem Kontakt zur Probenumgebung – ist unerlässlich, um ein definiertes und stabiles Referenzpotenzial bereitzustellen. Dieses stabile Potenzial ist entscheidend, da das Signal der pH‑Elektrode relativ zu diesem Referenzpotenzial gemessen wird. Damit die Messung funktioniert, müssen beide Elektroden in dieselbe Lösung eingetaucht sein.
Die pH-Sonde sollte regelmäßig gereinigt werden, damit sich keine Rückstände auf der Oberfläche der Glaskugel ablagern. Andernfalls kann sich die Elektrode „selbst kalibrieren“, was zu ungenauen Messwerten führt.
In den meisten Fällen reicht warmes Wasser mit etwas Spülmittel aus, um Fett und Öl zu entfernen. Kalk- oder Eisenoxidablagerungen können mit Essig, Zitronensäure oder verdünnter Salzsäure beseitigt werden. Reinigen Sie die Membran niemals mechanisch. Selbst leichtes Abwischen oder Trocknen kann Funktionsfehler verursachen. Nach der Reinigung sollte die Elektrode mit entionisiertem (destilliertem) Wasser abgespült werden.
Die Elektrode sollte mindestens einmal im Monat gereinigt werden. Zusätzlich ist eine Reinigung vor jeder Kalibrierung erforderlich.
Aufbewahrung einer pH-Elektrode in wenigen Schritten:
pH‑Elektroden dürfen niemals in entionisiertem Wasser gelagert werden, da dies den ionenreichen Referenzelektrolyten auswaschen würde. In einigen Fällen können statt der Aufbewahrungslösung auch Pufferlösungen mit pH 4 oder pH 7 verwendet werden.
Wenn die Elektrode länger als sechs Monate gelagert wird, sollte die KCl-Lösung, in die sie eintaucht, nach diesem Zeitraum erneuert werden.
Nach Beginn der Messung muss der Messumformer auf die Elektrode abgestimmt werden. Hierfür stehen drei Methoden zur Verfügung: Einpunkt-, Zweipunkt- und Dreipunktkalibrierung.
Das pH-Messgerät sollte täglich kalibriert werden – immer vor einer Messreihe. Zudem muss die Elektrode nach jeder Wartung (z. B. Reinigung oder Austausch) kalibriert werden, spätestens jedoch nach etwa 3 bis 4 Wochen Betrieb.
Wie wählt man die richtige pH-Elektrode für eine bestimmte Anwendung aus? Diese Frage ist von großer Bedeutung, da die Wahl der Elektrode ihre Lebensdauer beeinflusst. Um den passend en Sensor auszuwählen, sollten Sie:
Die JUMO tecLine HY pH‑Einstabmesskette ist speziell für hygienische Anwendungen entwickelt und damit ideal für den Einsatz in der Lebensmittel‑ und Getränkeindustrie.
Typische Anwendungsbereiche:
pH-Elektroden unterliegen einem Verschleiß und müssen daher regelmäßig ausgetauscht werden. Der Verschleiß der Elektrode lässt sich unter anderem daran erkennen, dass sich auf der Oberfläche Salzringe bilden, die mit der Zeit abgewaschen werden und verschwinden. Die Lebensdauer einer pH-Elektrode ist aufgrund der allmählichen Alterung des Sensors begrenzt und beträgt etwa 360 Messungen (oder ein Jahr bei einer Messung pro Tag). Eine genaue Lebensdauer lässt sich jedoch kaum bestimmen, da sie von vielen verschiedenen Einflussfaktoren abhängt.
Einige wichtige Regeln, die Sie beachten sollten, um eine möglichst lange Lebensdauer der Elektrode zu gewährleisten:
Die pH‑Sensoren der Serien JUMO ecoLine / JUMO BlackLine pH eignen sich zur Messung des pH-Werts in Wasser in Aquarien, einschließlich Meerwasseraquarien. Die zulässige Betriebstemperatur dieser Sensoren liegt zwischen 0 und 60 °C. Zudem bieten beide Serien ein sehr gutes Preis‑Leistungs‑Verhältnis.
Die JUMO tecLINE HD pH-Sensoren sind für besonders anspruchsvolle Prozess ‑ und Industrieanwendungen entwickelt. Sie verfügen zusätzlich über einen integrierten pt1000-Temperatursensor.
Typische Anwendungsbereiche:
Unsere pH‑Elektroden, die beispielsweise in Rohrleitungen eingesetzt werden können, verfügen je nach Modell über unterschiedliche zulässige Temperatur‑ und Druckbereiche. Die JUMO tecLine HD‑Elektroden können bei Temperaturen von 0 bis 135 °C betrieben werden und halten Prozessdrücken bis zu 13 bar stand.
Andere Modelle – wie die JUMO ecoLine / JUMO BlackLine pH – sind für Temperaturen von 0 bis 60 °C und Drücke von 0 bis 6 bar ausgelegt.
Weitere Informationen zu den einzelnen Modellen finden Sie auf unserer Website.