Was ist ein pH-Messgerät?
Ein pH-Messgerät ist ein Gerät, das den pH-Wert einer Flüssigkeit misst. Der pH-Wert ist ein Indikator für die Wasserqualität und gibt die Wasserstoffionenkonzentration einer Flüssigkeit an. So wird beispielsweise Leitungswasser als neutral, kohlensäurehaltiges Wasser und Magensäure als sauer und Kalkwasser und Seifenwasser als alkalisch eingestuft.
Eine einfache Methode zur Messung des pH-Werts ist die kolorimetrische Methode mit Lackmus-Testpapier. Um jedoch einen genaueren pH-Wert zu erhalten, ist ein pH-Messgerät erforderlich. pH-Messgeräte verwenden hauptsächlich Glaselektroden, was als Glaselektrodenmethode bezeichnet wird.
Anwendungen von pH-Messgeräten
Das pH-Messgerät wird hauptsächlich zur Messung des pH-Werts in Müllverbrennungsanlagen, Kesseln und Wärmekraftwerken, in denen Verbrennungsvorgänge stattfinden, sowie in Hoch- und Tiefbauwerken und Betonwerken, in die Pflanzenabwässer eingeleitet werden, eingesetzt. pH-Messgeräte können auch zur ständigen Messung und Überwachung anormaler pH-Werte installiert werden.
In der Lebensmittelindustrie können der Geschmack und die Sicherheit vieler Lebensmittel durch den pH-Wert beeinflusst werden. Jedes Lebensmittel hat seinen eigenen pH-Wert, und wenn der pH-Wert nicht stimmt, können Probleme wie Geschmacksverluste oder Verunreinigungen durch Fremdstoffe auftreten.
Funktionsweise der pH-Messgeräte
Das pH-System der allgemeinen Glaselektrodenmethode verwendet zwei Arten von Elektroden, eine Glaselektrode und eine Vergleichselektrode, um den pH-Wert zu messen. Der pH-Wert kann durch Messung der Potenzialdifferenz zwischen diesen beiden Elektroden gemessen werden.
Tritt ein pH-Unterschied zwischen der Innen- und der Außenseite der Glasdünnschicht auf, so wird eine dieser Differenz entsprechende Potenzialdifferenz erzeugt. Theoretisch erzeugt eine pH-Differenz von 1 in einer Lösung bei 25 °C eine elektromotorische Kraft von etwa 59 mV. Da die Flüssigkeit in der Glaselektrode in der Regel eine Lösung mit einem pH-Wert von 7 ist, kann der pH-Wert des Messobjekts durch Messung der elektromotorischen Kraft bestimmt werden.
Um die EMK wie oben beschrieben zu messen, ist eine weitere Elektrode als Gegenelektrode erforderlich. Diese wird als Vergleichselektrode bezeichnet. Bei der Vergleichselektrode ist die Flüssigkeit im Inneren der Elektrode über eine Flüssigkeitsverschränkungszone mit der Prüflösung in Kontakt, so dass sich das Potenzial auch bei einem Wechsel der Prüflösung kaum ändert. Im Idealfall sollte die Flüssigkeit im Inneren der Elektrode jedoch immer in Richtung der Prüflösung an der Flüssigkeitsgrenzfläche fließen, weshalb der Flüssigkeitsstand im Inneren der Elektrode höher sein sollte als der Stand der Prüflösung, indem die interne Flüssigkeitsnachfüllöffnung der Vergleichselektrode während der Messung geöffnet wird.
Bei der pH-Messung ist immer eine Kalibrierung mit einer Standardlösung erforderlich. Als Standardlösungen werden Pufferlösungen verwendet. Da eine pH-Differenz von 1 eine kleine Potentialdifferenz von etwa 59 mV ergibt, stellt die Kalibrierung mit diesen Standardlösungen zunächst sicher, dass die elektromotorische Kraft aufgrund der pH-Differenz genau gemessen werden kann.
Elektrode eines pH-Messgeräts
Ein pH-Meter besteht im Allgemeinen aus einer Elektrode und einem Temperatursensor zur Temperaturkompensation. Die Elektrode besteht aus Glas, und der pH-Wert wird durch Messung der Potenzialdifferenz zwischen den beiden Elektroden, der Glaselektrode und der Referenzelektrode, bestimmt.
Platin-Wasserstoff-Elektroden wurden als Messelektroden in pH-Messgeräten verwendet, aber diese Elektroden werden nicht mehr häufig eingesetzt. Andererseits wird sie als Referenzelektrode verwendet, um sehr genaue Messergebnisse zu erhalten.
Glaselektroden werden heute verwendet, um eine immer größere Bandbreite an zu messenden Lösungen aufnehmen zu können. Glaselektroden enthalten eine interne Pufferlösung in einer pH-empfindlichen Glasmembran, die zur Messung des Potenzials durch eine interne leitende Elektrode geleitet wird. Das äußere Elektrodenrohr muss hoch alkalibeständig sein und einen mehrfach höheren elektrischen Widerstand als die Glasmembran aufweisen.
Obwohl pH-Messgeräte früher den pH-Wert mit zwei Elektroden, einer Glaselektrode (Messelektrode) und einer Referenzelektrode, gemessen haben, wurde eine Verbundelektrode erfunden, die Mess- und Referenzelektrode in einer Elektrode vereint und in vielen Bereichen eingesetzt wird.
Bei einer Verbundelektrode ist die Bezugselektrode konzentrisch an der Außenseite der Messelektrode angebracht.
Messung des Bodens mit einem pH-Messgerät
Beim Anbau von Pflanzen ist es notwendig, den pH-Wert des Bodens zu überprüfen, um festzustellen, ob er eher sauer oder alkalisch ist.
Jede Kulturpflanze hat einen anderen pH-Bereich im Boden, z. B. ist Tee bei pH 5 sauer, Kartoffeln sind bei pH 6 leicht sauer und Spinat ist bei pH 7 neutral. Die Messung des pH-Werts im Boden ist jedoch schwierig und es ist nicht möglich, eine Glaselektrode in den Boden zu stecken, wie es bei Lösungen möglich ist.
Für die Messung des pH-Werts im Boden hat das Ministerium für Landwirtschaft, Forstwirtschaft und Fischerei (MAFF) ein Handbuch erstellt, und es gibt eine einfache Methode zur Messung des pH-Werts im Boden mit Hilfe eines Indikators.
Der Boden wird auf natürliche Weise getrocknet, mit Leitungswasser vermischt, 5-10 Minuten stehen gelassen, der Überstand wird aufgefangen und der Indikator tropfenweise zugegeben. Anhand der Färbung des Testwassers lässt sich der entsprechende pH-Wert ablesen. Alternativ gibt es auch tragbare pH-Messgeräte, die direkt in den Boden gesteckt werden können, um den pH-Wert des betreffenden Bodens zu messen.