Redox-Sensoren für das Labor

Redox-Potenzialsensoren werden zur Überwachung chemischer Reaktionen, zur Quantifizierung der Ionenaktivität oder zur Bestimmung der oxidierenden oder reduzierenden Eigenschaften einer Lösung verwendet. Das Redox-Potenzial ist eine Messung des elektrischen Potenzials einer Redox-Reaktion, mit der das Ausmass der Oxidation oder Reduktion bestimmt wird, die unter den bestehenden Bedingungen stattfindet. METTLER TOLEDO bietet zuverlässige Redox-Sensoren für den Labor- und Feldeinsatz.

Ein Redox-Messaufbau besteht aus einer Redox-Elektrode und einer Referenzelektrode, ähnlich wie bei einer pH-Messung.

Das Prinzip der Redox-Messung ist die Verwendung einer inerten Metallelektrode (Platin, manchmal Gold oder Silber), die aufgrund ihres geringen Widerstands Elektronen an ein Oxidationsmittel abgibt oder Elektronen von einem Reduktionsmittel aufnimmt. Die Redox-Elektrode nimmt weiterhin Elektronen auf oder gibt sie ab, bis sie aufgrund der Aufbauladung ein Potenzial entwickelt, das dem Redox-Potenzial der Lösung entspricht.

Redox-Elektroden messen das Redox-Potenzial nach der Nernst-Halbzellenpotenzialgleichung:

E = Eo + (2.3RT / nF) x (log [aOx] / [aRed])
Dabei gilt:

• E = gemessenes Elektrodenpotenzial
• Eo = spezifische Spannung des zu analysierenden Systems
• R = universelle Gaskonstante
• T = Absolute Temperatur (K)
• n = Anzahl der Elektronen, die am Gleichgewicht zwischen den oxidierten und den reduzierten Bestandteilen beteiligt sind.
• F = Faraday-Konstante (96 500 Coulomb)
• [ ] = bezeichnet die Aktivität der eingeklammerten Ionen

Um das Ablösen von Ag vom Ag-Draht zu verhindern, wurde das verbesserte Referenzelement ARGENTHAL™ entwickelt. Das ARGENTHAL™ Referenzelement besteht aus einer kleinen Patrone, die mit AgCl-Partikeln gefüllt ist. Diese liefern die Silberionen für die chemische Reaktion am Ableitdraht. Diese Patrone enthält genügend AgCl für die gesamte Lebensdauer der Elektrode.

Spülen Sie die Elektrode nach Gebrauch gründlich mit destilliertem Wasser und schliessen Sie das SafeLock™. Im Allgemeinen sollten Redox-Elektroden in Wässerungskappen, die mit einem Referenzelektrolyt gefüllt sind (oft 3 mol/L KCl), oder in der InLab-Aufbewahrungslösung gelagert werden. Lagern Sie die Halbzelle trocken. Die Elektrode sollte in aufrechter Position und bei Raumtemperatur gelagert werden.

Die erforderlichen Informationen zur Lagerung der Redox-Sensoren finden Sie in den Benutzerhandbüchern.
 

Verschiedene Faktoren können zu einer Blockade der Diaphragmen des Redox-Sensors führen. Gerade Diaphragmen aus Keramik oder anderen porösen Materialien verstopfen schnell. Die häufigsten Gründe sind hier zusammen mit den jeweiligen Reinigungsverfahren aufgelistet:

Blockade durch Silbersulfid (Ag₂S): Wenn der Referenzelektrolyt Silberionen und die gemessene Probe Sulfide enthalten, kann das Diaphragma durch eine Silbersulfid Ausfällung verstopft werden. Befreien Sie das Diaphragma von dieser Verunreinigung, indem Sie es 5 bis 60 Minuten mit einer Lösung von 8 % Thioharnstoff in 0,1 mol/L HCl reinigen (z. B. Thioharnstoffreinigungslösung von METTLER TOLEDO).

Blockade durch Silberchlorid (AgCl): Die Silberionen des Referenzelektrolyten können ausserdem mit Proben reagieren, die Chlorid-Ionen enthalten, sodass AgCl ausfällt. Durch die Behandlung der Elektrode mit konzentrierter Ammoniaklösung (35 % NH₃ wässrig) kann dieser Niederschlag entfernt werden.

Blockade durch Proteine: Ein Diapharma, das durch Proteine verunreinigt sind, kann oft durch eine Behandlung der Elektrode mit Pepsin/HCl (5 % Pepsin in 0,1 mol/L HCl) gereinigt werden (z. B. Pepsin-HCl-Reinigungslösung von METTLER TOLEDO).

Andere Verstopfungen des Diaphragmas: Versuchen Sie bei anderen Verstopfungen des Diaphragmas, den Redox-Sensor in einem Ultraschallbad mit Wasser oder einer 0,1 mol/L HCl-Lösung zu reinigen.

Redox-Elektroden für das Labor mit Platinring sind „Standard“-ORP-Sensoren. Wir bieten Sensoren mit verschiedenen Geometrien und Diaphragmen an (z. B. InLab Redox Micro, InLab Redox Pro). Andere Redox-Elektroden werden nur verwendet, wenn ein Stoff in der Probe mit Platin chemisch reagiert – denn der Edelmetallring soll an keiner chemischen Reaktion beteiligt sein. Ein Beispiel dafür, wann eine Platin-Redox-Elektrode nicht empfohlen wird, ist konzentrierte Salzsäure, weil dabei Pt-Cl-Komplexe entstehen können.

Bei der Redox-Messung wird das Reduktionspotenzial der Lösung gemessen. Der Rohwert (mV-Messwert) ist das Endresultat.

Wenn die Redox-Elektrode durch Messung in einer 220-mV-Pufferlösung überprüft wird und der Wert nicht innerhalb von 220 ± 20 mV liegt, muss der Sensor gereinigt (und nicht kalibriert) werden.

Der erwartete Wert für den Redox-Sensor beträgt 220 ± 20 mV. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, wird empfohlen, den Metallring oder -stift mit einem feuchten Tuch zu reinigen, anschliessend mit destilliertem Wasser zu spülen und dann den mV-Wert in Redox-Puffer 220 mV erneut zu messen.

Eine andere Möglichkeit, den Metallring zu reinigen und von Ablagerungen zu befreien, besteht darin, ihn mit 0,1 mol/L HCl zu konditionieren. In einigen Fällen wird auch ein Wechsel des Referenzelektrolyten empfohlen.

Eine pH-Elektrode kann nicht für Redox-Messungen verwendet werden. Die Sensoren (pH und Redox) haben unterschiedliche Funktionsprinzipien.

Das Redox-Potenzial ist eine Messung des elektrischen Potenzials einer Redox-Reaktion und gibt an, wie viel Oxidation oder Reduktion unter den bestehenden Bedingungen stattfindet. Die Redox-Messung kann im Millivolt-Modus eines pH-Messgeräts durchgeführt werden. Das Sensorelement besteht hier aus Metall, typischerweise aus Platin.

Der pH-Wert ist die Messung der Aktivität von Wasserstoffionen (Protonen) oder Hydroxidionen in einer wässrigen Lösung. Das Sensorelement ist hier eine selektive Glasmembran. Der quantitative Unterschied zwischen sauren und basischen Substanzen kann mit Hilfe von pH-Messungen bestimmt werden.

Daher kann eine pH-Elektrode nicht für Redox-Messungen verwendet werden. Dies kann am nachfolgenden Beispiel erläutert werden.

Unser Redox-Standard 220 mV hat einen pH-Wert von 7. Wenn Sie im Redox-Modus (mV-Modus) mit einem Platinringsensor messen, erhalten Sie etwa 220 mV. Wenn Sie jedoch mit einer pH-Elektrode messen, zeigt das Messgerät etwa 0 mV an. Der Grund dafür ist, dass die beiden unterschiedlichen Sensoren auf unterschiedliche Bestandteile in der Lösung reagieren: die Redox-Elektrode auf Metallionen und die pH-Elektrode auf Protonen.

Es kann sein, dass jemand den Messwert um einen Offset korrigieren möchte, z. B. um das Potenzial gegenüber einer Wasserstoff-Standardelektrode anstelle der Ag/AgCl-Referenz zu ermitteln. Daher werden relative mV-Messungen durchgeführt und der Offset muss in den Messparametern eingegeben werden.

Zu den wichtigsten Anwendungen, bei denen das Redox-Potenzial verwendet wird, gehört die Wasserdesinfektion. In der kommunalen Trinkwasserversorgung werden beispielsweise starke Oxidationsmittel wie Chlor verwendet, um Bakterien und andere Mikroben abzutöten und ihr Wachstum in Wasserleitungen zu verhindern.

Redox-Messungen finden sich in verschiedenen Anwendungen wie Desinfektion, Weinherstellung, Galvanisierung und Bergbau. Redox-Reaktionen sind gängige Praxis in der industriellen Abwasserbehandlung zur Reduktion oder Oxidation von Komponenten vor der Entladung. Die Abwasserbehandlung mit Cyanid ist ein häufiges Beispiel für eine Oxidationsreaktion in metallverarbeitenden Anwendungen.

Chromat ist eine häufig verwendete Chemikalie bei der Galvanisierung von Metallen, um chemische Eigenschaften zu verändern. Die Verbindung ist toxisch und muss aus dem Abwasser entfernt werden, um die Freisetzung in die Umwelt zu begrenzen. Die Chromatreduktion von sechswertigem zu dreiwertigem Chrom wird unter sauren Bedingungen pH-gesteuert und mit Redox überwacht.

Ja, für Laboranwendungen mit langen Gefässen für Redox-Messungen bieten wir InLab Redox-L an. Der extralange Schaft ermöglicht Messungen in tiefen Behältern, Fässern oder Pilotreaktoren. Für Proben, die in kleinen Volumina verfügbar sind, ist InLab Redox Micro die erste Wahl. Der geringe Schaftdurchmesser erlaubt auch Messungen sehr kleiner Probenvolumina.