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.

Nernstsche Gleichung für pHydrunio
Prinzip der Wasserstoff-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.

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

Vereinfacht lautet die Gleichung für die Umrechnung der gemessenen Spannung in den pH-Wert bei 25°C:

Download Potentialtabelle
Spannung der pHydrunio bei verschiedenen pH-Werten bei 25°C

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

pHydrunio – Die Platinwasserstoff-pH-Elektrode

Gaskatel pH-Wasserstoffelektrode pHydrunio

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 12 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 wird durch eine Schutzhülse vor mechanischen Beschädigungen geschützt.

pHydrunio kann an jedes pH-Meter mit analogem Eingang (BNC oder offene Kabelenden) angeschlossen werden.

Im Gegensatz zu den üblichen Glaselektroden ist unsere Platinwasserstoff-pH-Elektrode niederohmig.

pH-Elektrode pHydrunio
Querschnitt der pH-Elektrode pHydrunio
Download Bedienungsanleitung

Aufbau der Platinwasserstoff-pH-Elektrode pHydrunio

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 destilliertes Wasser.

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

Inbetriebnahme der 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 in ein Gefäß mit destilliertem Wasser. Sie darf auf keinem Fall mit der Transportkappe gelagert werden. Der Wasserstoff würde nach und nach das geringe Flüssigkeitsvolumen aus der Kappe herausdrücken. Die Platinwasserstoff-pH-Elektrode sollte nicht trocken an Luft gelagert werden, solange die Wasserstoffzellen Wasserstoff erzeugen. Es bildet sich sonst ein Mischpotential aus, das zu fehlerhaften Ergebnissen führen kann. Achten Sie auf die Laufzeit der Wasserstoffzellen.

Austausch der Wasserstoffzellen bei pHydrunio

Austausch der Wasserstoffzellen bei pHydrunio

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 12 Monate. Sobald die Laufzeit von 12 Monaten erreicht wird, müssen die Wasserstoffzellen umgehend ausgetauscht werden. Andernfalls bildet sich ein Unterdruck in den Kapillaren, so dass Flüssigkeit in die Kapillaren gelangen kann.

Download Anleitung

Kalibrierung von pHydrunio

Zunächst wird die pH-Elektrode in Kalibrierpuffer pH 7 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 4 oder Kalibrierpuffer pH 10 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
Potentiale der pH-Elektrode pHydrunio in Puffer pH 0 bei verschiedenen Temperaturen gegen Kalomel-Masterelektrode

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 destilliertes Wasser.

Troubleshooting

pH-Wert (das Potential) wird nicht richtig angezeigt

Ursache 1: Pufferlösung

Bitte messen Sie in frischer Pufferlösung.

Wenn Pufferlösungen länger an Luft stehen, kann sich der pH-Wert verschieben.

Das tritt vor allem bei alkalischen Pufferlösungen auf.

Ursache 4: 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 HydroFlex, Kalomel- oder Silbersilberchloridelektrode.

Ursache 2: 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 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. Es kann sich kein Wasserstoffpotential einstellen.

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

Schwankende, rauschende oder oszillierende pH-Werte (Potentiale)

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.