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pH-Meter

Einführung zum Thema pH-Messung

Ein pH-Meter ist ein Gerät für die Messung des sauren oder basischen Charakters einer Lösung - auch als pH bezeichnet. pH ist die den Säuregrad oder die Basizität einer Lösung beschreibende Maßeinheit. Die Messung erfolgt auf einer Skala von 0 bis 14.

Die durch pH gegebene quantitative Information beschreibt den Aktivitätsgrad einer Säure oder Base hinsichtlich der Wasserstoffionenaktivität. Das pH einer Substanz steht in direktem Zusammenhang mit dem Verhältnis zwischen den Konzentrationen der Wasserstoffionen [H+] und der Hydroxylionen [OH-]. Ist die H+ -Konzentration größer als die OH- -Konzentration, dann ist das Medium sauer; pH ist also kleiner als 7. Ist die OH- -Konzentration größer als die H+ -Konzentration, dann ist das Medium basisch; pH ist also größer als 7. Bei gleich großen Anteilen von H+ und OH- -Ionen ist das Medium mit einem pH von 7 neutral. Säuren und Laugen haben entsprechend freie Wasserstoff- und Hydroxylionen. Die Beziehung zwischen den Wasserstoffionen und den Hydroxylionen in einer gegebenen Lösung ist für einen definierten Zustand konstant, bei Kenntnis des einen lässt sich der jeweils andere bestimmen.

Testfeld mit mehreren pH-Messeinheiten 

Weitere Informationen über pH-Messgeräte

pH-Messwert

Eine grobe pH-Messung kann unter Verwendung von pH-Papier oder Indikatoren, die unterschiedliche pH-Werte in unterschiedlichen Farben anzeigen, erfolgen. Diese Indikatoren weisen Einschränkungen in ihrer Genauigkeit auf und sind bei farbigen oder trüben Proben schwer zu interpretieren.

Wofür steht der Begriff „pH“?

Der Begriff pH wurde von dem mathematischen Symbol für negativen Logarithmus „p“ und dem chemischen Symbol für Wasserstoff „H“ abgeleitet.
Genauere pH-Messungen lassen sich mit einem pH-Meter erzielen. Ein System zur pH-Messung besteht aus drei Teilen: Einer pH-Messelektrode, einer Referenzelektrode und einem Messgerät mit hoher Eingangsimpedanz. Die pH-Elektrode kann man sich als Batterie vorstellen, die eine Spannung abgibt, die dem pH der zu messenden Lösung entspricht. Die pH-messende Elektrode ist ein Wasserstoffionen gegenüber empfindlicher Glaskolben mit einem mV-Ausgang, der sich entsprechend den relativen Wasserstoffionenkonzentrationen innerhalb und außerhalb des Kolbens verändert. Der Ausgang der Referenzelektrode bleibt bei Aktivitätsänderungen der Wasserstoffionen unverändert. Die pH-Elektrode hat einen sehr hohen internen Widerstand, der das Messen der pH-abhängigen Spannungsänderungen erschwert. Deshalb sind die Eingangsimpedanz des pH-Messgeräts und die Kriechstromfestigkeit wichtige Faktoren. Der pH-Meter ist im Prinzip ein Verstärker mit sehr hohem Eingangswiderstand, der die schwachen Elektrodenspannungen misst und die Ergebnisse direkt in pH-Einheiten entweder analog oder digital anzeigt. In einigen Fällen, wie speziellen Anwendungen oder der Verwendung ionenselektiver oder das Redoxpotential messender Elektroden, können auch die Spannungen angezeigt werden.

pH-Elektroden

Die Technologie der pH-Elektroden hat sich in den vergangenen 50 bis 60 Jahren kaum verändert. Trotz aller technischen Fortschritte der dazwischen liegenden Jahre ist die Herstellung von pH-Elektroden eine Kunst geblieben. Die Glaskörperelektrode erhält ihre spezielle Konfiguration durch traditionelle Glasbläser. Weder ein besonders fortschrittliches noch ein hoch technisiertes Verfahren, aber ein entscheidender und wichtiger Schritt während der Elektrodenproduktion. Es ist nämlich so, dass die Glasdicke den Elektrodenwiderstand bestimmt und ihren Ausgang beeinflusst.

Glaselektrodenfehler und pH

Temperaturkompensation

Wegen der temperaturempfindichen pH-Elektroden und Messergebnisse beinhaltet das Messgerät eine Temperaturkompensation. Die Temperaturkompensation erfolgt entweder manuell oder automatisch. Bei der manuellen Kompensation ist eine separate Temperaturmessung erforderlich, wobei sich die manuelle Kompensationssteuerung am pH-Meter auf einen angenäherten Temperaturwert einstellen lässt. Bei der automatischen Temperaturkompensation (ATC) erhält das pH-Meter das Signal eines separaten Temperaturfühlers, sodass es den pH der Probe bei dieser Temperatur genau bestimmen kann.

Pufferlösungen

Pufferlösungen weisen einen bestimmten konstanten und unveränderlichen pH auf, d. h. sie widerstehen einer Änderung des ihnen eigenen pH. Sie dienen der Kalibrierung einer pH-Messeinrichtung, bestehend aus Elektrode und Messgerät. Die Ausgangswerte mehrerer Elektroden können geringe Differenzen untereinander aufweisen, genauso kann sich der Ausgangswert einer Elektrode mit der Zeit verändern. Deshalb muss das System regelmäßig kalibriert werden. Pufferlösungen sind über einen breiten pH-Bereich sowohl als gebrauchsfertig angemischte Flüssigkeit als auch in Form von Trockenpulver für das bequeme Selbstanmischen verfügbar. Die meisten pH-Messgeräte erfordern eine Kalibrierung auf einen bestimmten pH. Eine der Kalibrierungen erfolgt normalerweise nahe dem potentialgleichen Punkt (das bei pH 7 erzeugte Elektrodensignal beträgt 0 mV bei 25°C); eine zweite erfolgt normalerweise bei entweder pH 4 oder pH 10. Am Besten wird eine Pufferlösung gewählt, die dem aktuell zu messenden pH möglichst nahe kommt.



Wählen Sie das ideale pH-Meter

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Drahtlose pH-Messgeräte Drahtlose pH-Messgeräte
Drahtlose Messumformer stellen per Bluetooth eine Verbindung mit einem Smartphone oder Tablet her, um pH-Messwerte aufzuzeichnen und zu überwachen. Diese Messumformer unterstützen verschiedene Messgrößen, zum Beispiel pH, relative Feuchte oder Widerstandsfühler-Signale. Die Datenübertragung erfolgt über die drahtlose Bluetooth-Technologie und macht die Daten in einer App auf einem Smartphone oder Tablet zugänglich. Über die App lassen sich mehrere Messumformer gleichzeitig mit einem Smartphone oder Tablet koppeln und einrichten.
Tragbare pH-Messgeräte Tragbare pH-Messgeräte
Diese pH-Meter bieten in einem tragbaren Gerät die volle Funktionalität für den Einsatz im Feld oder im Labor. Sie verfügen unter anderem über RS232-Ausgang, Haltefunktion, umschaltbare Temperatureinheiten (°C oder °F), automatische Abschaltung, Überlastanzeige und automatische oder manuelle Temperaturkompensation.
pH-Tischmessgeräte pH-Tischmessgeräte
Die pH-Messgeräte für den Tischgebrauch eignen sich für Anwendungen in Labor, Industrie und Produktion. Diese Modelle bieten mV-, Ionen- und Temperaturmessung und sind in verschiedenen Ausführungen vom wirtschaftlichen Basismodell bis zum Highendgerät für Messungen mit geringen Toleranzen verfügbar.
pH-Elektroden pH-Elektroden
Die pH-Elektroden sind in vielfältigen Ausführungen sowohl für Labor- als auch Industrieanwendungen verfügbar. Unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften sind sie alle aus Glas gefertigt und daher extrem bruchempfindlich. Die Elektroden sind hauptsächlich für das Messen wässriger Lösungen vorgesehen. Nicht vorgesehen sind Sie für die Verwendung in Lösemitteln wie z. B. CCI4 (Tetrachlorkohlenstoff), der keinerlei freie Wasserstoffionen aufweist.

Häufig gestellte Fragen

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Wie erfolgt die Kalibrierung eines pH-Messgeräts?


Hier wird eine allgemeine, für die meisten pH-Meter verwendbare Kalibriermethode beschrieben. Einige pH-Messgeräte erfordern geringfügig abweichende Vorgehensweisen. Die Anweisungen über die jeweiligen Vorgehensweisen sind zu beachten.

  1. Die Temperatureinstellung auf dem Instrument muss der für die verwendete Pufferlösung geltenden Temperatur entsprechen. Oder es ist ein automatischer Temperaturkompensator zu verwenden.
  2. Drehen Sie den pH-Meter bei Verwendung der automatischen Temperaturkompensation auf „pH“ oder „ATC“.
  3. Setzen Sie die saubere Elektrode in die frische, Raumtemperatur aufweisende Pufferlösung für pH 7,00 ein.
  4. Stellen Sie den pH-Ablesewert unter Verwendung des Knopfes ZERO OFFSET, STANDARDIZED oder SET auf exakt 7,00 ein.
  5. Spülen Sie die Elektrode mit destilliertem oder deionisiertem Wasser. (Dies ist das Verfahren für eine Einpunktkalibrierung. Fahren Sie für eine Zweipunktkalibrierung bis zum Punkt 8 fort.)
  6. Setzen Sie die Elektrode in die zweite Pufferlösung für pH 4,00 oder pH 10,00 ein.
  7. Stellen Sie den pH-Ablesewert unter Verwendung der Bedienelemente SLOPE, CALIBRATE oder GAIN auf den korrekten Wert ein (Grobeinstellung).
  8. Stellen Sie den pH-Ablesewert unter Verwendung des Knopfes SLOPE auf den korrekten Wert ein (Feineinstellung).

Temperatureinflüsse auf pH

Temperaturen über 25°C: Eine Temperaturkompensation verringert einen hohen pH und erhöht einen niedrigen pH, dadurch ergeben sich näher dem neutralen Bereich liegende Werte. Temperaturen unter 25°C: Eine Temperaturkompensation erhöht einen hohen pH (mehr basisch) und verringert einen niedrigen pH (mehr sauer), dadurch ergeben sich entfernter vom neutralen Bereich liegende Werte. Der Einsatz oder die Unterlassung einer Temperaturkompensation entscheidet sich anhand der erforderlichen pH-Genauigkeit. Zum Beispiel beträgt der Fehler Bei einer Genauigkeitsanforderung von ±0,1 pH bei einem Ist-pH von 6 und einer Temperatur von 45°C: 0,06. Dies liegt gut innerhalb der Genauigkeitsanforderung. Andererseits beträgt der Fehler mit derselben Genauigkeitsanforderung von ±0,1 pH bei einem Ist-pH von 10 und einer Temperatur von 55°C: 0,27. Dies bedeutet, dass eine Kompensation zu verwenden ist.

Eine erforderliche Kompensation kann auf zwei unterschiedlichen Wegen erfolgen. Bei schwankender Temperatur ist ein automatischer Kompensator zu verwenden. Ist die Temperatur weitgehend konstant, d. h. nur um wenige °C schwankend, dann kann ein manueller Kompensator verwendet werden. Wenn kein Kompensator benötigt wird, können die Temperaturkompensatorklemmen mit einem festen Widerstand verbunden werden. Jedes der oben genannten Geräte - automatischer Kompensator, manueller Kompensator oder fester Widerstand - ist eine Funktion der elektronischen Regelung im pH-Meter. Entsprechend sind benötigte Informationen und Einzelteile bei dem Hersteller des Messgeräts anzufordern. Werden automatische Kompensatoren verwendet, sind sie stets an der selben Stelle wie die pH-Elektrode einzusetzen. Beim Kalibrieren der Elektroden in der Pufferlösung muss auch der Temperaturkompensator in die Pufferlösung eingesetzt sein. Genauso ist ein manueller Temperaturkompensator in Übereinstimmung mit der Temperatur einzustellen, der die pH-Elektrode sowohl während der Kalibrierung als auch im Betrieb ausgesetzt ist.