pH-Elektroden

Die Platinwasserstoffelektrode ist die einzige Elektrode, deren Potential direkt von der Wasserstoffionenaktivität bestimmt wird. pH-Wert und Wasserstoffpotential sind unmittelbar miteinander verknüpft. Das vom pH-Wert abhängige Potential lässt sich mit Hilfe der Nernst’schen Gleichung berechnen.

Nernst’schen Gleichung
Prinzip der Platinwasserstoff-pH-Elektrode pHydrunio

Prinzip der Platinwasserstoff-pH-Elektrode pHydrunio, eine Einstabmesskette aus zwei Platinwasserstoffelektroden.

Was liegt also näher als zwei Platinwasserstoffreferenzelektroden zu einer Einstabmesskette zu vereinen, um eine neuartige Platinwasserstoff-pH-Elektrode zu schaffen? Die Miniaturisierung der Wasserstoffelektrode HydroFlex hat genau dies möglich gemacht. Zwei Platinwasserstoffelektroden sind zu einer pH-Elektrode kombiniert. Die innere Wasserstoffelektrode (1) ist die Referenzelektrode. Sie muss in einen Puffer mit bekanntem pH-Wert eintauchen. Die ionische Verbindung zur Messlösung erfolgt über ein Diaphragma. Die äußere Platinwasserstoffelektrode (2) ist die eigentliche Messelektrode (äußere Elektrode). Zwischen beiden Platinwasserstoffelektroden wird mit einem Voltmeter direkt die Spannung abgegriffen.

Messspannung und pH-Wert stehen in folgender Beziehung zueinander:

Die Messpannung kann durch Umstellen in den pH-Wert umgerechnet werden.

E = gemessene Spannung in Volt
R = Allgemeine Gaskonstante 8,314 J mol-1< K1
F = Faradaykonstante 96485 C mol1
T = Temperatur in Kelvin K
pHinnen = 7

Vereinfacht lautet die Gleichung zum Umrechnen der gemessenen Spannung E in den pH-Wert

Download Potentialtabelle
pH-Wert und Messpannung der Wasserstoff-pH-Elektrode pHydrunio bei 25°C

pH-Wert und Messpannung der Wasserstoff-pH-Elektrode pHydrunio bei 25°C

pHydrunio – Die Platinwasserstoff-pH-Elektrode

pHydrunio – Die Platinwasserstoff-pH-Elektrode

pHydrunio ist weltweit die erste käufliche Platinwasserstoff-pH-Elektrode: pHydrunio (Patent DE 10 2011 113941) und die logische Weiterentwicklung unserer Mini-Platinwasserstoffelektrode Mini-HydroFlex. Sie kombiniert eine reversible Platinwasserstoffelektrode als Messelektrode mit einer Platinwasserstoffreferenzelektrode in einem Innenelektrolyten (pH 7) als Bezugselektrode. Sie wird aktiviert geliefert und für 10 Monate durch eine interne Quelle mit Wasserstoffgas versorgt. Dann können die Wasserstoffzellen ausgetauscht werden. Gleichzeitig sorgt der Wasserstoff im Inneren des Schafts für einen kontrolliertem Elektrolytaustrag aus dem Diaphragma. Sollte dennoch Messlösung in die Elektrode eindringen, kann der Innenelektrolyt ausgetauscht werden.

Sie ist aus Polypropylen gefertigt und damit unkaputtbar. Daher kann sie auch in stark sauren und stark basischen Elektrolyten sowie wie in konzentrierten fluoridhaltigen Medien eingesetzt werden.

Die Schaftlänge beträgt 120 mm, der Schaftdurchmesser 12.2 mm. Ein PG 13.5 Gewinde erlaubt den direkten Einbau in entsprechende Armaturen. Die Messelektrode ist geschützt vor mechanischen Beschädigungen.

Im Gegensatz zu den üblichen Glaselektroden ist unsere Platinwasserstoff-pH-Elektrode niederohmig. Für die Messungen empfehlen wir das Multimeter Peaktech.

Aufbau der Platinwasserstoff-pH-Elektrode pHydrunio

Aufbau der Platinwasserstoff-pH-Elektrode pHydrunio

Download Bedienungsanleitung
Inbetriebnahme und Wartung

Die Platinwasserstoff-pH-Elektrode pHydrunio wird vormontiert geliefert, d.h. die Wasserstoffzellen sind bereits eingebaut und aktiviert. Auf dem Elektrodenkopf befindet sich ein Aufkleber, der den Aktivierungsmonat angibt. Dieser darf nicht entfernt werden. pHydrunio ist bereits mit Innenelektrolyt gefüllt.

Bevor Sie messen wollen, stellen Sie die Wasserstoff-pH-Elektrode bitte für 24 Stunden in den mitgelieferten Kalibrierpuffer pH 7.

Die Kennzeichnung mit der Seriennummer sowie den Aufkleber mit dem Aktivierungsdatum bitte nicht entfernen.

Inbetriebnahme der Wasserstoff-pH-Elektrode pHydrunio

Inbetriebnahme der Wasserstoff-pH-Elektrode pHydrunio

Aufbewahrung der Platinwasserstoff-pH-Elektrode pHydrunio

Nach den Messungen spülen Sie die Platinwasserstoff-pH-Elektrode gründlich mit Wasser ab. Bitte stellen Sie die pH-Elektrode immer in den mitgelieferten Kalibrierpuffer pH 7, wenn Sie nicht messen. Die Platinwasserstoff-pH-Elektrode darf nicht trocken an Luft gelagert werden, solange die Wasserstoffzellen Wasserstoff erzeugen. Wenn die Laufzeit überschritten wird, müssen die Wasserstoffzellen umgehend ausgetauscht werden.

Austausch der Wasserstoffzellen bei pHydrunio

Austausch der Wasserstoffzellen

Bei der Wasserstoff-pH-Elektrode pHydrunio können mit wenigen Handgriffen die Wasserstoffzellen ausgetauscht werden.

Die Funktion der Wasserstoff-pH-Elektrode ist nur solange gewährleistet, wie Wasserstoff produziert wird (Laufzeit). Die Laufzeit der Wasserstoffzellen beträgt 10 Monate. Wenn die Laufzeit erreicht ist, darf die Wasserstoff-pH-Elektrode auf keinen Fall mehr in einer Flüssigkeit gelagert werden. Die Wasserstoffzellen sind umgehend auszutauschen.

Download Anleitung

Kalibrierung von pHydrunio

Zunächst wird die pH-Elektrode in Kalibrierpuffer pH 7 (Gaskatel) gestellt. Damit wird die Abweichung vom Nullpunkt bestimmt. Je nach Zustand der Elektrode kann das einige Minuten dauern. Notieren Sie die gemessene Spannung und die Temperatur des Puffers, sobald die Spannung konstant geworden ist.

Dann spülen Sie die Elektrode und den Temperaturfühler gut mit Wasser ab, bevor Sie beides in den Kalibrierpuffer pH 0 (Gaskatel) stellen. Notieren Sie auch hier die gemessene Spannung und die Temperatur, sobald die Spannung konstant geworden ist. Auch hier sind durchaus Wartezeiten von mehreren Minuten möglich.

Überprüfung der Funktionsweise von pHydrunio

Sie können die beiden Elektroden in der Wasserstoff-pH-Elektrode getrennt voneinander gegen eine sogenannte Masterelektrode, z.B. eine Kalomelelektrode, überprüfen. Die Masterelektrode sollte immer in passender Kaliumchloridlösung stehen und für keinen anderen Zweck verwendet werden. Achten Sie auf den Füllstand in der Kalomelelektrode selbst. Dieser muss immer über dem Flüssigkeitspegel im Messgefäß liegen. Öffnen Sie den Einfüllstopfen an Ihrer Kalomelelektrode, um ein Eindringen der Messflüssigkeit in die Kalomelelektrode zu vermeiden.

Für die Kontrolle der Wasserstoff-pH-Elektrode pHydrunio stellen Sie die pHydrunio und die Masterelektrode in Puffer pH 0. Schließen Sie die Kalomelelektrode an den Pluspol an. Um die pH-Elektrode zu kontaktieren, brauchen Sie einen entsprechenden Adapter BNC auf 4 mm Laborbuchse. Nun verbinden Sie die rote Buchse des Adapters mit dem Minuspol (Com-Port) Ihres Spannungsmessgeräts. Sie überprüfen nun die äußere Messelektrode der Wasserstoff-pH-Elektrode. Nach einer Einstellphase, die durchaus mehrere Minuten dauern kann, lesen Sie dann das Potential ab. Nun verbinden Sie die schwarze Buchse des Adapters mit dem Minuspol (Com-Port) Ihres Spannungsmessgeräts. Sie überprüfen nun die innere Bezugselektrode Ihrer pH-Elektrode. Nach einer Einstellphase, die durchaus mehrere Minuten dauern kann, lesen Sie dann das Potential ab. Folgende Tabelle gibt einen Überblick über die zu erwartenden Potentiale. Es wird davon ausgegangen, dass die pH-Werte in diesen Temperaturbereichen konstant bleiben. Diffusionsspannungen sind nicht berücksichtigt.

Download Potentialtabelle in Puffer pH 0
Potentialtabelle in Puffer pH 0

Bei der Wasserstoff-pH-Elektrode pHydrunio können die äußere und innere pH-Elektrode getrennt überprüft werden. Wir empfehlen die Überprüfung in Puffer pH 0

Austausch des Innenpuffers bei pHydrunio

Der Innenpuffer (Bezugselektrolyt) kann bei pHydrunio ausgetauscht werden. Dazu muss die Verschlusskappe am Elektrodenkopf herausgedreht werden. Mit der beigelegten Spritze und der Kanüle können Sie den
Innenpuffer herausziehen. Spülen Sie die Elektrode mit dest. oder deion. Wasser aus.

Füllen Sie neuen Innenpuffer direkt aus dem Fläschchen ein. Schrauben Sie pHydrunio vorsichtig wieder zu.
Stellen Sie pHydrunio für 24 Stunden in den Kalibrierpuffer pH 7.

Troubleshooting

Das Potential wird nicht richtig angezeigt.

Ursache 1: Schlechte Kontaktierung
Überprüfen Sie die Messkabel auf optische Schäden wie Korrosion, Risse und festsitzende Stecker. Tauschen Sie die Kabel aus. Überprüfen Sie die beiden Elektroden mit Hilfe einer externen Referenzelektrode, z. B. einer Silbersilberchloridelektrode.

Ursache 2: Keine oder zu geringe Wasserstoffproduktion
Ist die Laufzeit der Wasserstoffzellen überschritten? Wenn ja, dann bitte die Wasserstoffzellen austauschen.

Ursache 3: Innenpuffer verunreinigt:
Mitunter kann es je nach den Versuchsbedingungen passieren, dass Messlösung in den Innenpuffer eindringt und diesen verunreinigt. In diesem Fall muss der Innenelektrolyt ausgetauscht werden.

Ursache 4: Träger Ionenaustausch, z.B. beim Wechsel von konzentrierten Lösungen zu schwach konzentrierten Lösungen
Einstellzeit abwarten – manchmal dauert der Ausgleich von Konzentrationen einfach viel länger als erwartet.
Gegebenenfalls, das Potential in einem anderen Elektrolyten wie z. B. in einem der mitgelieferten Kalibrierpuffern überprüfen.

Ursache 5: Luft/Sauerstoff tritt an die Wasserstoffelektrode
Vermeiden Sie, dass Gase wie Luft oder Sauerstoff vor oder an die Platinwasserstoffelektrode unten im Schaft gelangen. Auf diese Weise wird der Wasserstoff verdrängt oder reagiert ab und es kann sich kein Wasserstoffpotential einstellen.

Die Potentiale schwanken, rauschen oder schwingen.

Ursache 1: Wasserstoffblasen der Wasserstoffelektrode selbst.
Aus der Platinwasserstoffelektrode treten kontinuierlich Gasblasen aus. Diese sind mal sehr klein, manchmal aber auch größer. Im Regelfall stören diese Ihre Messungen nicht.
Bildet sich unten an der Platinwasserstoffelektrode eine große Blase aus, die an der Gefäßwand hängenbleibt? Positionieren Sie die Platinwasserstoff-pH-Elektrode, wenn möglich, weiter weg vom Gefäßrand oder hängen Sie die pH-Elektrode schräg in das Messgefäß.

Ursache 2: Eingeleitete Gase
Verändern Sie die Position Ihres Gaseinlasses. Eingeleitete Gasblasen, die dicht an der Platinwasserstoff-pH-Elektrode vorbeigeleitet werden, können die Messung stören und zu schwankenden Potentialen führen.