ORP-sensoren voor het laboratorium

ORP-sensoren, Oxidatie-reductiepotentiaal (ORP) of redox-potentiaalelektroden worden gebruikt om chemische reacties te bewaken, ionenactiviteit te kwantificeren of de oxiderende of reducerende eigenschappen van een oplossing te bepalen. ORP is een meting van de elektrische potentiaal van een redoxreactie en bepaalt de hoeveelheid oxidatie of reductie die plaatsvindt onder de actuele omstandigheden. METTLER TOLEDO levert betrouwbare ORP-sensoren voor toepassingen in het laboratorium en in het veld.

Een ORP-meetopstelling bestaat uit een ORP-sensor en een referentie-elektrode, vrijwel hetzelfde als bij een pH-meting.

Het principe waarop de ORP-meting is gebaseerd, is het gebruik van een inerte metalen elektrode (platina, soms goud of zilver), die door zijn lage weerstand elektronen zal afstaan aan een oxidatiemiddel of elektronen van een reductiemiddel zal accepteren. De ORP-elektrode zal elektronen blijven opnemen of afstaan, totdat de metalen elektrode vanwege de opgebouwde lading een potentiaal ontwikkelt die gelijk is aan de ORP van de oplossing.

ORP-sensoren meten de redoxpotentiaal volgens de Nernst-halfcelpotentiaalformule:

E = Eo + (2,3RT / nF) x (log [aOx] / [aRed])
Waarbij:

• E = gemeten elektrodepotentiaal
• Eo = specifieke spanning voor het te analyseren systeem.
• R = universele gasconstante
• T = absolute temperatuur (K)
• n = het aantal elektronen dat betrokken is bij het evenwicht tussen de geoxideerde en gereduceerde stoffen.
• F = constante van Faraday (96500 coulombs)
• [ ] = geeft de activiteit van ionen tussen haakjes aan

Het ARGENTHAL™ referentie-element werd ontwikkeld om te voorkomen dat er Ag van de Ag-draad wordt opgebruikt. Het ARGENTHAL™ referentie-element bestaat uit een kleine cartridge gevuld met AgCl-deeltjes die de zilverionen voor de chemische reactie levert. Deze cartridge bevat voldoende AgCl voor de gehele levensduur van de elektrode.

Spoel de elektrode na gebruik goed af met gedestilleerd water en sluit de SafeLock™. ORP-elektroden moeten worden opgeborgen in de bevochtingsdop gevuld met referentie-elektrolyt (vaak 3 mol/l KCl) of in een InLab-opslagoplossing. De halfcel moet droog worden bewaard. De elektrode moet rechtop en bij kamertemperatuur worden bewaard.

Raadpleeg de gebruikershandleidingen voor de nodige informatie over de opslag van de ORP-elektroden.
 

Een verstopping van de ORP-elektrodediafragma's kan verschillende oorzaken hebben. Vooral junctions gemaakt van keramisch of ander poreus materiaal zijn gevoelig voor verstoppingen. De meest voorkomende redenen staan hieronder vermeld samen met de bijbehorende reinigingsprocedures:

Verstopping door zilversulfide (Ag₂S): als de referentie-elektrolyt zilverionen bevat en het te meten monster sulfiden, zal de junction verontreinigd raken door de neerslag van zilversulfide. U reinigt de junction met 8% thioureum in 0,1 mol/l HCl-oplossing gedurende 5-60 minuten (Thiourea Cleaner is verkrijgbaar bij METTLER TOLEDO).

Verstopping door zilverchloride (AgCl): de zilverionen van de referentie-elektrolyt kunnen ook reageren op monsters die chloride-ionen bevatten, met als gevolg een AgCl-neerslag. Deze neerslag kan worden verwijderd door de elektrode in een geconcentreerde ammoniak-oplossing te weken (35% NH₃ aq.).

Verstopping door eiwitten: junctions die zijn verontreinigd door eiwitten kunnen vaak worden gereinigd door de elektrode enkele uren in een pepsine/HCl-oplossing (5% pepsine in 0,1 mol/l HCl) onder te dompelen (Pepsin-HCI Cleaner is verkrijgbaar bij METTLER TOLEDO).

Overige junction-verstoppingen: als de junction door andere verontreinigingen wordt verstopt, kunt u proberen de ORP-elektrode te reinigen in een ultrasoon bad met water of een 0,1 mol/l HCl-oplossing.

Redox-sensoren voor het laboratorium met een platina ring zijn de 'standaard' ORP-elektroden. We leveren deze ook met verschillende geometrieën en junctions (bijv. InLab Redox Micro, InLab Redox Pro). Redox-sensoren worden alleen gebruikt als iets in het monster een chemische reactie met platina veroorzaakt; het idee achter de edelmetalen ring is dat deze metalen niet betrokken raken bij een chemische reactie. Een voorbeeld waarvoor een platina redox-elektrode niet wordt aanbevolen, is geconcentreerd zoutzuur, aangezien Pt-Cl-complexen kunnen worden gevormd.

Redox meten betekent het meten van de reductiepotentiaal van de oplossing. De ruwe waarde (mV-waarde) is het uiteindelijke resultaat.

Als de redox-sensor of elektrode is geverifieerd door een meting in een bufferoplossing van 220 mV en als de waarde niet binnen het bereik van 220 ± 20 mV valt, moet de elektrode worden schoongemaakt (niet gekalibreerd).

De verwachte waarde van de redox-elektrode is 220 ± 20 mV. Als niet aan deze voorwaarde wordt voldaan, wordt aangeraden om de metalen ring of pen schoon te maken met een natte tissue en vervolgens te spoelen met gedestilleerd water. Meet de mV-waarde daarna opnieuw in een redox-bufferoplossing van 220 mV.

Een andere manier om afzettingen van de metalen ring te reinigen en te verwijderen, is door die te conditioneren met 0,1 mol/l HCl. Ook wordt in sommige gevallen een verandering van referentie-elektrolyt aanbevolen.

Een pH-sensor kan niet voor redoxmetingen worden gebruikt. De werkingsprincipes van de sensoren (pH en redox) zijn verschillend.

ORP is een meting van de elektrische potentiaal van een redoxreactie en hoeveel oxidatie of reductie plaatsvindt onder de actuele omstandigheden. De ORP-meting kan worden uitgevoerd op de millivolt-stand van een pH-meter. Het elektrode-element is in dit geval van metaal, meestal platina.

De pH-waarde is de meting van de activiteit van de waterstofionen (protonen) of hydroxylionen in een waterige oplossing. De elektrode is in dit geval een glasgevoelig membraan. Het kwantitatieve verschil tussen zure en basische stoffen kan worden bepaald door de pH-waarde te meten.

Daarom kan een pH-elektrode niet voor redoxmetingen worden gebruikt. Zie de toelichting hieronder aan de hand van een voorbeeld:

Onze redox-standaard van 220 mV heeft een pH van 7. Als op de ORP-stand (mV-stand) met een platina-ringsensor wordt gemeten, is de meetwaarde ca. 220 mV. Maar als met een pH-elektrode wordt gemeten, geeft de meter ca. 0 mV aan. De reden is dat de twee verschillende elektroden gevoelig zijn voor verschillende elementen in de oplossing: de redox-elektrode voor metaalionen en de pH-elektrode voor protonen.

Het kan zijn dat iemand de uitlezing voor elke offset wil corrigeren, bijvoorbeeld om de potentiaal te meten op basis van een waterstofstandaardelektrode in plaats van de Ag/AgCl-referentie. Daarom worden relatieve mV-metingen uitgevoerd en hoeft niemand de offset in de meetparameters in te voeren.

Eén van de meest bekende toepassingen waar ORP voor wordt gebruikt, is waterdesinfectie. Gemeentelijke drinkwatervoorzieningen gebruiken bijvoorbeeld sterke oxidatiemiddelen, zoals chloor, om bacteriën en andere microben te doden en de groei daarvan in waterleidingen te voorkomen.

ORP-metingen worden uitgevoerd voor diverse toepassingen, zoals desinfectie, wijnbereiding, galvanisatie en mijnbouw. Redoxreacties zijn gebruikelijk voor de industriële afvalwaterzuivering om de componenten voorafgaand aan de lozing te reduceren of te oxideren. De verwerking van afvalwater met cyanide is een goed voorbeeld van een oxidatiereactie in metaalverwerkingstoepassingen.

Chromaat is een veelgebruikte chemische stof bij het galvaniseren van metalen om hun chemische eigenschappen te veranderen. De verbinding is giftig en moet uit het afvalwater worden verwijderd om emissie in het milieu te beperken. Bij de chromaatreductie van zeswaardig chroom naar driewaardig chroom wordt de pH geregeld in zure omstandigheden en bewaakt door middel van ORP.

Ja, voor laboratoriumtoepassingen waarbij diepe vaten voor ORP-metingen worden gebruikt, bieden we de InLab Redox-L. De extra lange schacht maakt metingen in diepe vaten, drums of proefreactors mogelijk. Voor monsters die beschikbaar zijn in kleine volumes, is InLab Redox Micro de juiste keuze. De kleine schachtdiameter maakt metingen van zeer kleine monstervolumes mogelijk.