pH-Wert & Redox

Der pH-Wert ist der wichtigste und am meisten gemessene Wert in wässrigen Lösungen. Grob gesagt beschreibt der pH-Wert ob eine Lösung sauer, neutral oder basisch ist. Er beruht auf der Dissoziation des Wassermoleküls H₂O ⇔ H⁺ + OH^- und beschreibt die Aktivität des Wasserstoffions oder Protons. Die pH-Skala umfasst definitionsgemäß 14 Größenordnungen von 0 bis 14. Zwischen 0 und 7 werden Lösungen als sauer bezeichnet, bei exakt 7 sind sie neutral. Zwischen 7 und 14 sind sie basisch. Je kleiner der pH-Wert desto höher ist die Aktivität des Wasserstoffions und umgekehrt. Praktisch können Werte zwischen -1 und 15 erfasst werden.

Als Sensor dient eine digitale pH-Elektrode, bestehend aus einer Mess- und einer Referenzelektrode. Die Messelektrode ist aus einem speziellen, für Wasserstoffionen sensitiven Glas. Sie ist mit einer Pufferlösung mit pH 7 gefüllt. Das Eintauchen in eine Messlösung bewirkt eine Änderung der Spannung an der Messelektrode im Vergleich zur Referenzelektrode. Diese Änderung wird erfasst und von geeigneten Messinstrumenten in den pH-Wert umgerechnet.

Das pH-Messgerät oder pH-Meter hat die Aufgabe, die Spannung, die von der benutzten pH-Elektrode (auch pH-Messkette genannt) erzeugt wird, in einen pH Wert umzusetzen. Dazu muss das pH-Messgerät die Kennlinie der jeweils verwendeten pH-Elektrode mittels Kalibrierung ermitteln und auf die Idealwerte (59,2 mV/pH Steilheit und 0 mV Nullpunktsabweichung) korrigieren. Moderne pH-Messgeräte - egal ob tragbar oder im Labor - besitzen eine hochohmige Eingangselektronik (> 10¹² Ohm), um das empfindliche Messsignal sicher zu verarbeiten und in ein reproduzierbares digitales Signal zu verwandeln. Die Auflösung des pH-Werts in der Anzeige kann bei vielen Geräten entsprechend den Nutzeranforderungen mit den gewünschten Nachkommastellen angepasst werden. Bei den digitalen IDS pH-Elektroden ist die Messelektronik bereits im Sensorkopf integriert.  

Redox-Wert

Die Messung des Oxidations-/Reduktionspotential beruht auf der Messung von chemischen Reaktionen in wässrigen Lösungen, bei denen die Reaktionspartner Elektronen austauschen. Dabei wird die Aufnahme von Elektronen durch einen Reaktionspartner als Reduktion bezeichnet, die Abgabe von Elektronen des anderen Reaktionspartners als Oxidation. Eine Redox-Elektrode hilft, diese Reaktion sichtbar zu machen. Sie besteht aus einer inerten Edelmetall-Elektrode (Platin, Gold) und einer Referenzelektrode. Durch die Reaktion der beiden Partner auf der Metalloberfläche entsteht gegenüber der Referenzelektrode ein Spannungssignal, das mit einem geeigneten Messgerät gemessen werden kann. Ein Anwendungsbeispiel ist die Überwachung der Wirksamkeit von im Wasser gelösten Desinfektionsmittels wie z.B. Chlor. Das Potential einer Redoxelektrode wird immer gegenüber dem verwendeten Bezugssystem angegeben (in der Regel ein Ag/AgCl-System), wird die Umrechnung in das Potential einer Wasserstoffnormalelektrode verlangt, erfolgt einfach die Addition einer temperaturabhängigen Spannung (z.B. 207 mV bei 25 °C).