ORP-sensor til laboratoriebruk

Sensorer for oksidasjonsreduseringspotensial (ORP) eller redokspotensial brukes til å overvåke kjemiske reaksjoner, til å kvantifisere ionaktivitet eller til å bestemme oksiderende eller reduserende egenskaper til en løsning. ORP er en måling av det elektriske potensialet til en redoksreaksjon, som fastslår mengden oksidasjon eller reduksjon som skjer under eksisterende forhold. METTLER TOLEDO leverer pålitelige ORP-sensorer for applikasjoner i laboratoriet og feltet.

Et ORP-måleoppsett består av en ORP-elektrode og en referanseelektrode, på omtrent samme måte som en pH-måling.

Prinsippet bak ORP-målingen er bruken av en inaktiv metallelektrode (platina, noen ganger gull eller sølv), som på grunn av sin lave motstand gir fra seg elektroner til en oksidant eller akseptere elektroner fra et reduksjonsmiddel. ORP-elektroden fortsetter å akseptere eller oppgi elektroner til den utvikler et potensial, på grunn av oppbyggingsladningen, som er lik ORP for løsningen.

ORP-elektroder måler redokspotensialet i henhold til Nernst-halvcellepotensialligningen:

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

• E = målt elektrodepotensial
• Eo = spenning som er spesifikk for systemet som analyseres.
• R = universell gasskonstant
• T = absolutt temperatur (K)
• n = antall elektroner involvert i likevekt mellom de oksiderte og reduserte artene.
• F = faraday-konstanten (96 500 coulomb)
• [ ] = betegner aktiviteten til ioner i parentes

For å hindre stripping av Ag fra Ag-tråd ble den forbedrede typen referanseelement, BLE Argenthal™, opprettet. ARGENTHAL™-referanseelementet består av en liten patron fylt med AgCl-partikler som gir sølvionene for den kjemiske reaksjonen ved avledningstråden. Denne patronen inneholder nok AgCl til å vare hele elektrodens levetid.

Etter bruk, skyll elektroden godt med destillert vann og lukk SafeLock™. ORP-elektroder skal oppbevares i fukthetten fylt med referanseelektrolytt (ofte 3 mol/l KCl) eller InLab-lagringsløsning. Oppbevar halvcellen tørr. Elektroden skal oppbevares oppreist og ved romtemperatur.

Sjekk brukerhåndbøker for nødvendig informasjon om lagring av ORP-sensorene.
 

Flere faktorer kan føre til tilstopping i ORP-sensorens membraner. Spesielt koblinger laget av keramikk eller annet porøst materiale er utsatt for tilstopping. De vanligste årsakene er oppført her, sammen med de relevante rengjøringsprosedyrene:

Tilstopping med sølvsulfid (Ag₂S): Hvis referanseelektrolytten inneholder sølvioner og prøven som måles inneholder sulfider, vil koblingen kontamineres av sølvsulfidutfelling. Slik kontaminasjon i koblingen fjernes med å rengjøre den med 8 % tiokarbamid i 0,1 mol/l HCl-løsning i 5–60 minutter (tiokarbamidrengjøring kan anskaffes hos METTLER TOLEDO).

Tilstopping med sølvklorid (AgCl): Sølvionene fra referanseelektrolytten kan også reagere med prøver som inneholder klorioner, noe som resulterer i AgCl-utfelling. Dette utfellingen kan fjernes ved å bløtlegge elektroden i en løsning med konsentrert ammoniakk (35 % NH₃ aq.).

Tilspopping med proteiner: Koblinger kontaminert med proteiner kan ofte rengjøres ved å senke elektroden ned i en pepsin/HCl (5 % pepsin i 0,1 mol/l HCl)-løsning i flere timer (pepsin/HCl-rengjøringsmiddel kan anskaffes fra METTLER TOLEDO).

Andre tilstoppinger av koblingen: Hvis koblingen er tilstoppet av andre kontaminanter, kan du prøve å rengjøre ORP-sensoren i et ultralydbad med vann eller med en 0,1 mol/l HCl-løsning.

Redokselektroder for laboratoriebruk med platinaring er «standard» ORP-sensorer. Vi har også sensorer med forskjellige geometrier og overganger (f.eks. InLab Redox Micro, InLab Redox Pro). Redokselektroder brukes kun hvis noe i prøven reagerer kjemisk med platina – tanken bak edelmetallringen er at den ikke skal inngå i noen kjemiske reaksjoner. Ett eksempel på en situasjon der bruk av redokselektrode av platina ikke er anbefalt, er sammen med saltsyre, ettersom det kan dannes Pt-Cl-komplekser.

Måling av redoks betyr å måle oppløsningens reduksjonspotensiale. Den rå verdien (mV-avlesning) er det endelige resultatet.

Hvis redokselektroden verifiseres ved å måle i 220 mV bufferløsning og den ikke er innenfor 220 ± 20 mV, må sensoren rengjøres (og ikke kalibreres).

Forventet verdi for redoks-sensoren er 220 ± 20 mV. Hvis denne betingelsen ikke er oppfylt, anbefales det å rengjøre metallringen eller stiften med en våtserviett, etterfulgt av skylling med destillert vann og deretter måle mV-verdien på nytt i redoksbuffer 220 mV.

En annen måte å rengjøre og fjerne avleiringer fra metallringen på er å behandle den med 0,1 mol/L HCI. I noen tilfeller anbefales også en endring av referanseelektrolytt.

En pH-sonde kan ikke brukes til redoksmålinger. Arbeidsprinsippene bak sensorene (pH og Redox) er forskjellige.

ORP er en måling av det elektriske potensialet til en redoksreaksjon og mengden oksidasjon eller reduksjon som skjer under eksisterende forhold. ORP-målingen kan gjøres ved hjelp av millivoltmodusen på en pH-måler. Sensorelementet er her metall, typisk platina.

pH-verdi er målingen av aktiviteten til hydrogenioner (protoner) eller hydroksylioner i en vannholdig løsning. Sensorelementet her er glassfølsom membran. Den kvantitative forskjellen mellom sure og basiske stoffer kan bestemmes ved å måle pH-verdien.

En pH-sonde kan derfor ikke brukes til redoksmålinger. Dette kan forklares med et godt eksempel nedenfor.

Redoksstandarden 220 mV har pH 7. Hvis du måler i ORP-modus (mV-modus) med en platinaringsensor, får du rundt 220 mV. Men hvis du måler med en pH-elektrode, viser måleren rundt 0 mV. Årsaken er at de to forskjellige sensorene er følsomme for forskjellige arter i løsningen: redokselektroden til metallioner, og pH-elektroden til protoner.

Det kan være at noen ønsker å korrigere avlesningen for enhver forskyvning, for eksempel for å vite potensialet mot en hydrogenstandardelektrode i stedet for Ag/AgCl-referansen. Derfor utføres relative mV-målinger, og man må angi forskyvningen i måleparametrene.

En av de største applikasjonene som bruker ORP, inkluderer vanndesinfeksjon. Kommunale drikkevannsforsyninger bruker for eksempel sterke oksidasjonsmidler som klor for å drepe bakterier og andre mikrober og for å hindre at de vokser i vannforsyningsledninger.

ORP-måling kan finnes i forskjellige bruksområder som desinfeksjon, vinlaging, elektroplettering og gruvedrift. Redoksreaksjoner er vanlig praksis i industriell behandling av avløpsvann for enten reduksjon eller oksidasjon av komponenter før utslipp. Cyanidbehandling av avløpsvann er et vanlig eksempel på en oksidasjonsreaksjon i metallbehandlingsapplikasjoner.

Kromat er et vanlig brukt kjemisk stoff i galvanisering av metaller for å endre kjemiske egenskaper. Forbindelsen er giftig og må fjernes fra avløpsvann for å begrense miljøutslipp. Kromatreduksjon fra heksavalent krom til trivalent krom reguleres ved sure forhold og overvåkes med ORP.

Ja, for laboratorieapplikasjoner som involverer lange kar for ORP-målinger, har vi InLab Redox-L. Den ekstra lange akselen muliggjør målinger i dype kar, fat eller forsøksreaktorer. For prøver som er tilgjengelige i små volum, er InLab Redox Micro valget. Skaftet har liten diameter, noe som gir mulighet til måling av svært små prøvevolumer.