pH-Sensoren | Wie wählt man den richtigen pH-Sensor aus?
Sensors for pH Measurement in the Laboratory and in Industrial Processes

pH Sensoren

Die richtigen pH Sensoren für Labor und Prozessanalytik

Ein pH Sensor bestimmt die Alkalität oder den Säuregehalt einer Lösung. METTLER TOLEDO bietet ein breites Portfolio an pH Sensoren für verschiedene Branchen wie Pharma, Chemie, Lebensmittel und Getränke, Energie und Halbleiter sowie für die Wasser- und Abwasseraufbereitung. Egal, ob Sie einen pH Sensor im Labor oder für den Inline-Einsatz benötigen, wir haben geeignete Sensoren, die alle Ihre Anwendungsanforderungen erfüllen.

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FAQs

Was ist ein pH Sensor?

Ein pH Sensor, auch Sonde oder Elektrode genannt, ist ein wichtiges Hilfsmittel, mit dem der Benutzer die Alkalität oder den Säuregehalt einer Lösung bestimmen kann. Die Glasmembran am Ende ist empfindlich für H+-Ionen. Zusätzlich bieten viele unserer pH-Sensoren auch eine Redox-Messung an.

Wie funktioniert ein pH Sensor?

Die Außenseite der Glasmembran bildet eine Gelschicht, wenn sie auf eine wässrige Lösung trifft. Eine ähnliche Gelschicht bildet sich auch auf der Innenseite der Glasmembran, da der Sensor mit einer wässrigen Elektrolytlösung gefüllt ist. Die H+-Ionen in und um die Gelschicht können je nach pH-Wert entweder in diese Schicht hinein- oder aus ihr herausdiffundieren. So wird die H+-Ionenkonzentration der Lösung gemessen. Ist die Lösung alkalisch, diffundieren die H+-Ionen aus der Schicht heraus und es entsteht eine negative Ladung an der Außenseite der Membran. Da die Glaselektrode über einen internen Puffer mit einem konstanten pH-Wert verfügt, bleibt das Potenzial an der Innenseite der Membran während der Messung konstant. Das Potenzial des pH-Sensors ist also die Differenz zwischen der inneren und der äußeren Ladung der Membran.

Warum wird bei der pH-Messung mit einem pH Sensor ein Referenzsensor benötigt?

Der Zweck des Referenzsensors ist es, ein definiertes stabiles Referenzpotential zu liefern, gegen das das Potential des pH Sensors gemessen wird. Dazu muss der Referenzsensor aus einem Glas bestehen, das unempfindlich gegenüber den H+-Ionen in der Lösung ist. Außerdem muss er für die Probenumgebung, in die er eingetaucht wird, offen sein. Um dies zu erreichen, wird im Schaft des Referenzsensors eine Öffnung oder ein Übergang angebracht, durch den die innere Lösung oder der Referenzelektrolyt in die Probe fließen kann. Der Referenzsensor und der pH Sensor (Halbzelle) müssen sich für korrekte Messungen in derselben Lösung befinden.

Welcher Referenzsensor wird bei der pH-Messung verwendet?

Es sind mehrere Referenzsysteme erhältlich. Dazu gehören Silber/Silberchlorid-, Jod/Jodid- und Quecksilber/Calomel-Systeme sowie einige weitere. Bei modernen pH-Messungen wird jedoch fast immer das Silber/Silberchlorid-System verwendet. Das Potenzial dieses Bezugssystems wird durch den Bezugselektrolyten und das Silber/Silberchlorid-Bezugselement bestimmt. Wichtig ist, dass der Bezugselektrolyt eine hohe Ionenkonzentration aufweist, was zu einem geringen elektrischen Widerstand führt.

Was sind kombinierte pH Sensoren?

Bei den kombinierten Sensoren sind der pH Sensor (Glassensor) und der Referenzsensor in Form von zwei konzentrischen Röhren/Kammern aufgebaut. Die pH Elektrode umhüllt die Referenzelektrode, die über eine Keramikverbindung miteinander verbunden sind. Diese beiden Elektroden sind zwar miteinander verbunden, funktionieren aber getrennt voneinander. Der einzige Unterschied besteht in der einfacheren Handhabung eines Sensors anstelle von zwei.

Es ist auch möglich, einen Temperatursensor in demselben Gehäuse unterzubringen wie die pH- und Referenzelemente. Dadurch sind temperaturkompensierte Messungen möglich. Solche Elektroden werden als 3-in-1-Elektroden bezeichnet.

Wie werden die pH Sensoren richtig gelagert?

Alle Gebrauchsanweisungen enthalten die notwendigen Informationen über die kurz- und langfristige Lagerung von pH Sensoren.

  • Immer: In einem Referenzelektrolyt für kurz- und langfristige Lagerung. Dies ermöglicht den sofortigen Einsatz des pH Sensors, wenn er benötigt wird, und gewährleistet eine kurze Ansprechzeit.
  • Gelegentlich: In Puffer pH 4 und 7 zwischen den Messungen, um die Membran hydratisiert zu halten.
  • Niemals: Verwenden Sie niemals deionisiertes Wasser, da dies den ionenreichen Bezugselektrolyten schadet. Lagern Sie die Elektrode auch nicht trocken, da dies die Membran beschädigt und der pH Sensor dadurch eine längere Ansprechzeit hat. Bei längerer trockener Lagerung müssen viele pH Sensoren vor dem Einbau durch mehrstündiges Einweichen reaktiviert werden, um optimale Messergebnisse zu erzielen. Sollten diese Maßnahmen nicht ausreichen, kann der Sensor durch Behandlung mit einer speziellen Reaktivierungslösung und anschließender Konditionierung im Referenzelektrolyt wieder funktionsfähig gemacht werden.
     

Wie hoch ist die normale Lebensdauer eines pH Sensors?

Wenn ein pH Sensor wie empfohlen verwendet und gelagert wird, beträgt die erwartete Lebensdauer 1 bis 3 Jahre. Es gibt jedoch eine Reihe von Faktoren, die die Lebensdauer eines pH Sensors verkürzen können. Einer davon ist die Verwendung zur Messung von heißen oder sehr alkalischen Proben. Weitere Faktoren können mechanische Beschädigungen durch falsche Lagerung sein. Auch wenn die Aufbewahrungslösung eintrocknet oder aufgrund von Lagerung bei hohen Temperaturen, Einfrieren oder anderen Ursachen ausläuft, kann sich die Lebensdauer der Sonde erheblich verkürzen.

Wie kann ich erkennen, wann ein pH Sensor ausgetauscht werden muss?

Die Steilheit und der Offset der Kalibrierung sind gute Indikatoren für die Qualität eines pH Sensors. Wenn diese Werte bestimmte Grenzen überschreiten, kann die pH Elektrode als verbraucht angesehen werden. Die untere und obere Grenze für die Steilheit sind 85% und 105% und für den Offset -35 mV und 35 mV. Darüber hinaus ist zu beachten, dass ein instabiles Signal oder eine sehr lange Ansprechzeit in der pH-Kalibrierlösung auf eine fortgeschrittene Verschlechterung eines pH Sensors hinweist. Diese Phänomene sind oft mit unregelmäßigen Steilheiten und Offsets verbunden.

Einige unserer digitalen Inline Sensoren bieten auch eine vorausschauende Diagnose, die anzeigt, wann ein Sensor ausgetauscht werden muss.