Vermeidung der häufigsten Fehler bei der pH-Messung

27.01.2020

Artikel

Die pH-Messung gehört in vielen analytischen Labors zu den häufigsten Messungen überhaupt. Zwar kann man meist keine einzelne Substanz (Säure oder Base) direkt bestimmen, aber man bekommt einen schnellen Überblick, wie sauer oder basisch die Probe ist. Die Sensitivität der pH-Elektrode über 14 pH-Einheiten und die Selektivität (für H₃O+ Ionen) ist sensationell. Dabei sind die benötigten pH-Meter und pH-Elektroden relativ preiswert und robust.

Die pH-Messtechnik gestaltet sich recht einfach und das Ergebnis, der pH-Wert einer Probe, kann binnen weniger Minuten ohne große Vorbereitungen ermittelt werden: Die pH-Elektrode kalibrieren (falls noch nicht geschehen), in die Probe halten, konstanten Messwert abwarten, fertig!

Trotzdem kann man wie bei jeder Messtechnik Fehler machen. Der Teufel steckt eben im Detail. Wer die potentiellen Stolperfallen und Störungseinflüsse kennt, kann sie eventuell vermeiden. Im Folgenden berichten wir über die häufigsten Unsicherheiten und Fehler in der pH-Messung, die wir täglich anläßlich der Beratung unserer Kunden erkennen.

Am Ende dieses Artikels werden Sie sicher zustimmen: Die pH-Messung kann so einfach sein, wie sie aussieht. Folgende Themen werden behandelt. (Klicken Sie auf einen Link, um direkt zu jedem Thema zu gelangen):

Ist dies die richtige Elektrode für Ihre Anwendung?

Die Fehlersuche beginnt bereits, bevor Sie den Sensor in Ihre Probenlösung eintauchen. Auf dem Markt ist eine große Auswahl an Elektroden erhältlich, und es kann ziemlich schwierig sein, die für Ihre Anwendung am besten geeignete Elektrode zu bestimmen. Es gibt viele verschiedene Membrantypen sowie Glasmembranmaterialien:

Wir haben für Sie einen Flyer vorbereitet, der Ihnen bei der Suche hilft die perfekte Elektrode für Ihre Messung zu finden. Darüber hinaus haben wir wertvolle Informationen zu Wartung und Lagerung bereitgestellt.

Flyer: Elektroden für die pH-Messung - Welche Elektrode für welche Applikation?

Was ist das Wichtigste bei der Vorbereitung der Elektrode für die Kalibrierung oder Messung?

Überprüfen Sie vor Beginn Ihrer Messung die Elektrode auf Risse oder Verunreinigungen. Öffnen Sie den Stopfen, um sicherzustellen, dass der Elektrolyt ausfließen kann (andernfalls können Sie instabile Ergebnisse beobachten) und überprüfen Sie den Elektrolytstand.

Der Elektrolyt sollte immer bis zur Öffnung eingefüllt werden, um ein Ausfließen infolge des hydrostatischen Drucks durch das Diaphragma zu gewährleisten. Denn falls der Füllstand der Probe im Messgefäß höher ist als der Elektrolytfüllstand im Sensor, kann die Probe in das Referenzsystem Ihrer Elektrode eindringen. Dadurch verschiebt sich das Bezugspotential und die Ergebnisse sind nicht mehr reproduzierbar.

https://metrohm.scene7.com/is/image/metrohm/electrode-immersion?ts=1720433275628&dpr=off

Achten Sie darauf, dass Sie Ihren Sensor tief genug in die Probe einführen. Mindestens die Glasmembran und das Diaphragma müssen abgedeckt werden, wie in diesem Beispiel gezeigt.

Kalibrierung: Wann ist sie notwendig und was ist zu beachten?

Kalibrierungen müssen regelmäßig durchgeführt werden. Je nach Anzahl der Messungen und Probenmatrix empfehlen wir eine Kalibrierung mindestens wöchentlich. Bei häufiger Verwendung oder wenn die Probenmatrix den Sensor verunreinigt, sollten Sie täglich kalibrieren, ggf. sogar noch häufiger.

Natürlich sollten Sie einen neuen Sensor immer zuerst kalibrieren, bevor sie damit Proben messen. Das gilt auch nach einer Wartung oder nach längerer Lagerzeit.

Beachten Sie bei der Kalibrierung folgende Punkte:

Verwenden Sie immer frische (nicht verfallene) Puffer – die Kalibrierung kann nur so gut sein wie die verwendeten Puffer!
Führen Sie mindestens eine 2-Punkt-Kalibrierung durch.
Der pH-Wert Ihrer Probe sollte innerhalb des pH-Werts der verwendeten Kalibrierpuffer liegen
Messen Sie immer die Temperatur, da der pH-Wert temperaturabhängig ist.
Die meisten Hersteller definieren im Konfigurationsmenü ihrer pH-Meter bereits Vorlagen in Form von Puffertabellen (pH/T). Stellen Sie sicher, dass Sie die richtige auswählen.

Wie sollte die pH-Elektrode gelagert werden?

Die richtige Lagerung der pH-Elektrode kann deren Lebensdauer erheblich verlängern. Lagern Sie die pH-Elektrode niemals trocken! Die Glasmembran baut eine Hydratationsschicht auf, die für eine ordnungsgemäße pH-Messung erforderlich ist. Wenn Sie die Elektrode trocken lagern, wird diese Hydratationsschicht zerstört. Auch wenn die Schicht wiederhergestellt werden kann, indem der Sensor in entionisiertem Wasser konditioniert wird, reagiert der Sensor künftig träger.

Für die gängigsten pH-Elektroden mit Kaliumchlorid (c(KCl) = 3 mol/L) als Bezugselektrolyt wurde von Metrohm eine spezielle Aufbewahrungslösung entwickelt, die die Glasmembran in Top-Qualität hält, ohne die Leistung des Diaphragmas zu beeinträchtigen.

Ausnahme: Alle Elektroden mit einem anderen Bezugselektrolyten als c(KCl) = 3 mol/L sind in ihrem Bezugselektrolyten zu lagern.

Benötigen Sie die Aufbewahrungslösung für pH-Elektroden? Finden Sie sie hier!

Die obige Abbildung zeigt das Einstellverhalten einer pH-Elektrode in einer Probe in Abhängigkeit von der Lagerung. Sie können deutlich sehen, dass die Lagerung des Sensors in der von Metrohm entwickelten Aufbewahrungslösung zu einer viel schnelleren Ansprechzeit im Vergleich zur Lagerung in c(KCl) = 3 mol/L führt. Das bedeutet noch mehr Produktivität und weniger warten.

Wie sollte die pH-Elektrode gereinigt werden?

Zwischen den Messungen muss die Elektrode gut mit deionisiertem Wasser gespült werden. Wenn die Probe klebrig ist oder Proteine enthält, verwenden Sie ein geeignetes Lösungsmittel, um die Kontamination zu entfernen. Von Zeit zu Zeit ist es wichtig, der Elektrode eine «Sonderbehandlung» zu gönnen und sie mit dem unteen gezeigten pHit-Kit, zu reinigen. Dieses Set enthält alles, was zur schonenden und effizienten Reinigung der Elektrode benötigt wird.

Gönnen Sie Ihrer pH-Elektrode eine spezielle Behandlung. Probieren Sie unseren pH-Kit aus!

Sehr wichtig: Wischen Sie den Sensor niemals mit einem Tuch ab!  Ähnlich wie beim Reiben der Oberfläche von Kunststoffen laden Sie die Oberfläche der Glasmembran auf. Die aufgebaute elektrostatische Ladung beeinflusst Ihre Messung, die dadurch erheblich länger dauern kann. Außerdem können Sie die empfindliche Oberfläche der Glasmembran zerkratzen und damit zerstören.

Rühren oder nicht rühren?

Je nach verwendetem Elektrodentyp empfiehlt es sich, während der Analyse immer mit gleicher Drehzahl zu rühren. Die folgende Grafik veranschaulicht, warum:

Die obere Kurve zeigt die Messung mit einer pH-Elektrode mit Festschliffdiaphragma. Für die untere Kurve wurde eine pH-Elektrode mit Keramikstiftdiaphragma verwendet.

Die pH-Elektrode mit Festschliffdiaphragma (oben) zeigt nicht nur weniger Signalrauschen. Das Signal bleibt auch nach Abschalten des Rührers nahezu unverändert. Allerdings gibt es einen deutlichen Signalabfall für die pH-Elektrode mit Keramikstiftdiaphragma (unten). Daher sollte die Rührgeschwindigkeit identisch für alle Puffer und Proben sein, um solche Effekte zu minimieren.

Kann ich meine Elektrode noch verwenden?

Um eine Vorstellung davon zu bekommen, ob Ihre Elektrode noch in Ordnung ist oder nicht, reicht es im Allgemeinen aus, nach der Kalibrierung die Steilheit und den pH(0)-Wert zu überprüfen. Die Steigung sollte dazwischen liegen 95–103 %, wobei der pH(0) dazwischen liegen sollte pH-Wert 6,8–7,2. Weitere Informationen können gewonnen werden, wenn ein pH-Elektrodentest durchgeführt wird, der in einigen Geräten von Metrohm implementiert ist, oder ein Test gem Application Bulletin AB-188.

AB-188: pH-Messtechnik

Wenn die Elektrode nicht den Spezifikationen entspricht, reinigen Sie sie gemäß den Anweisungen und führen Sie den Test erneut durch. Wenn der Sensor immer noch nicht besteht, ist ein Austausch unumgänglich.