Definitiver Leitfaden zur pH-Messung

Zeit für Chemie! Ja, lass uns über unsere süße Liebe für die Elementarwissenschaft sprechen – natürlich ganz auf PG-Basis. Heute haben wir eine Sitzung voller Spaß und Spaß auf einen der wichtigsten Aspekte des Verständnisses von Verbindungen, pH-Wert konzentriert. Wir definieren es und diskutieren Konzepte wie Messen, Kalibrieren und viele weitere interessante Themen. Also lasst uns anfangen!

Definition

Schau dir an, wie Wikipedia den pH-Wert definiert:

pH / piːeɪtʃ / Substantiv (Akronym)

Eine Zahl, die die Acidität oder Alkalinität einer Lösung auf einer logarithmischen Skala, auf der 7 neutral ist, ausdrückt, ist bei niedrigeren Werten saurer und bei höheren Werten eher alkalisch. Der pH-Wert ist gleich -log 10 c, wobei c die Wasserstoffionenkonzentration in Mol pro Liter ist.

Sieht für den Durchschnittsleser wie Hokuspokus aus, oder? Lass es uns in eine einfache Sprache aufteilen.

Niemand stimmt zu, was der Begriff pH ursprünglich bedeutet. Die Franzosen könnten “puissance” oder “pouvoir hydrogène” sagen, die Deutschen würden behaupten, dass p für “Potenz” steht, und im Englischen könnte man mit “potential” oder “power of hydrogen” gehen. All das überspringt natürlich die Konzept kommt von einem dänischen Chemiker in einem Labor in Dänemark!

Wie dem auch sei, der pH-Wert definiert die Stärke einer Substanz – normalerweise definiert als Säure oder Base – die Wasserstoffionen enthält. Diese Ionen verbinden sich mit Wassermolekülen zu Hydroniumionen (H3O +):

H2O + H2O ⇔ H3O + + OH-

Die H3O + -Konzentration entspricht der H + -Konzentration, also können Sie sagen:

H2O ⇔ H + + OH-

Die Wasserstoffionen (H +) und Hydroxylionen (OH-) stammen aus Wasser, das sich in Kationen und Anionen spaltet. Und die Stärke der Wasserstoff- und Hydroxylionen definiert die Art der Substanz – Säure, Base oder Neutral.

Skalierung und die Bedeutung der pH-Balance

Schauen wir uns nun die pH-Skala an und sehen Sie, wo die Substanzen entsprechend ihrer Potenzen fallen.

pH Scale
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Hier haben wir den Bereich des pH, mit Wasserstoffionen auf der linken Seite und Hydroxylionen auf der rechten Seite. Zum Beispiel wird Salpetersäure einen pH-Wert von weniger als zwei haben, was sie korrodierend macht. Interessanterweise hat Zitronensaft einen pH-Wert von 2,5, ist aber nicht ätzend. Und Cola hat einen pH-Wert von 2,3 und ist dadurch saurer als Zitronensaft. Vorsicht, Cola-Liebhaber!

Leitungswasser mit einem pH-Wert unter 7,0 könnte Ihnen schaden, wenn Sie es tranken, nicht nur von der Säure, sondern auch von Metallen, die aus den durch die Säure beschädigten Rohren gelöst wurden. Auf der anderen Seite könnte ein pH-Wert über 8.50 auch Ihnen schaden!

Meter

Jetzt, wo wir ein lustiges Intro hatten, schauen wir uns ein Instrument namens pH-Meter an. Dieses Gerät findet das Wasserstoffpotential in Flüssigkeiten unter Verwendung von Elektroden und einiger toller Elektronik. Tauchen Sie einfach eine Elektrode in eine Flüssigkeit und Sie erhalten ein elektrisches Signal, das Ihnen den pH-Wert der Flüssigkeit anzeigt. Ziemlich cool, nicht wahr?

digital pH meter
Mit freundlicher Genehmigung von cannabis.info<

Jetzt kann die Temperatur die Messung ändern, so dass Sie auch auf einem pH-Meter eine Verbindung finden, wo Sie eine Temperatursonde hinzufügen können. In den meisten Fällen können Sie auch die Temperatur auf dem Display ablesen.

Eine Elektrode mit einer Messhalbzelle und einer Referenzhalbzelle ist eines der besten Werkzeuge, um den pH-Wert einer Lösung zu bestimmen. Wenn Sie die Elektrode eintauchen, erzeugen die beiden Halbzellen ein elektrisches Potential, das proportional zum pH-Wert der Flüssigkeit ist. Dieser Unterschied gibt uns die Grundlage für alle modernen pH-Messungen.

pH-Messhalbzelle pH-Referenzhalbzelle
Dieses Bit hat eine Glasmembran, die bei Kontakt mit Flüssigkeit eine dünne Quellschicht bildet, die einen Ionenaustausch erzeugt.
Das Glas trennt sowohl die innere als auch die äußere Schicht und verbindet sie. Die unterschiedlichen Oberflächenpotentiale führen zu einer Potentialdifferenz zwischen innen und außen. Um diesen Unterschied zu messen, benötigen Sie einen Nullstrom und ein hochohmiges Voltmeter.
Dieses Bit muss im Laufe der Zeit eine stabile elektrische Basislinie bilden, die es zum anfälligsten und komplexesten Teil einer pH-Elektrode macht.
Anders als bei der pH-sensitiven Glasmembran kommt die Referenzhalbzelle über eine Membran, einen Spalt oder ein Loch in direkten Kontakt mit dem Medium. Daher braucht es einen Kontaktpunkt aus einem chemikalienresistenten Material. Die meisten verwenden heute Silberdraht, der mit Silberchlorid beschichtet ist, und verbinden sich mit der Lösung unter Verwendung eines Elektrolyten.

Möglichkeiten, die Lebensdauer einer pH-Elektrode zu verlängern

Eine ionenselektive Elektrode bietet eine schnelle und zuverlässige Möglichkeit, den pH-Wert in einem System abzulesen und zu steuern. Diese Elektroden halten jedoch nicht lange, daher müssen Sie sie häufig ersetzen. Lassen Sie uns überlegen, wie diese Elektroden an ihre Grenzen stoßen werden!

1 – Auswahl

Du solltest mit guter altmodischer Forschung beginnen. Bevor Sie sich für eine Elektrode entscheiden, müssen Sie deren Zweck, Spezifikationen und Grenzen kennen. Die Auswahl des richtigen Modells erfordert Prozessdaten wie Ihren Messbereich, die mittlere Zusammensetzung und die Ionenrelativität. Faktoren wie Reinigungsmethoden können ebenfalls eine Rolle spielen.

ph meters
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2 – Regeneration

Bedenken Sie diese Frage: Warum verteilt sich ein Tintentropfen im Wasser vollständig durch das Wasser? Wir nennen dieses Phänomen Diffusion. Die Tintenmoleküle bewegen sich von dem am stärksten konzentrierten Punkt (wo der Tropfen fiel) zu Regionen mit niedrigerer Konzentration (der Rest des Wassers), bis sie gleichmäßig verteilt sind. Elektroden werden auch zwischen ihrem Kaliumchlorid und der Kontamination diffundiert.

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Also, was hat das mit deiner Elektrode zu tun? Nun, Sie können es regenerieren, indem Sie den Diffusionsprozess umkehren! Setzen Sie Ihre Elektrode in eine Lösung von Kaliumchlorid (3 Mol pro Liter). Salze, die während des Betriebs verloren gehen, kehren zurück und Verunreinigungen werden abgegeben. Ta da!

3 – Rotation

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Sie sollten auch eine Rotationsrichtlinie von zwei oder mehr Elektroden verwenden. Setzen Sie eine und die andere (n) in eine Regenerationslösung im Labor. Wenn es an der Zeit ist, die verbrauchte Elektrode zu ersetzen, legen Sie sie in die Lösung und installieren Sie die regenerierte Elektrode, um Ihren Prozess fortzusetzen.

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Jede Komponente hat einen Lebenszyklus, der von vielen Faktoren abhängt. Diese drei Spitzen können jedoch die Lebensdauer Ihrer Elektroden verlängern und dadurch Geld sparen und die Genauigkeit verbessern!

Kalibrierung

Ein Gerät hat eine Reihe von Präzision, die Fähigkeit, ähnliche Werte unter verschiedenen Bedingungen zu reproduzieren. Um in diesem Bereich zu bleiben, müssen Sie kalibrieren.

Zum Einstellen einer pH-Elektrode muss der aktuelle Messwert mit einem Referenzwert verglichen werden. In der Regel finden Sie den Referenzwert auf Ihrer Pufferlösung.

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Für die Kalibrierung benötigen Sie Folgendes:

  1. Reinigungslösung
  2. Destilliertes Wasser
  3. Saubere Becher
  4. Pufferlösung
  5. Papiertücher
pH messung
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Untersuchen: Überprüfen Sie die Elektrode auf Verschmutzung oder Beschädigung. Dann reinigen Sie es gründlich mit der Reinigungslösung. Wenn Sie Schäden feststellen, reparieren Sie sie oder entsorgen Sie die Elektrode.

Spülen: Verwenden Sie jetzt destilliertes Wasser, um Partikel oder Lösungsmittel wegzuspülen, und anschließend Papierhandtücher, um das überschüssige Wasser abzutrocknen.

Eintauchen: Als nächstes einen Becher mit Pufferlösung füllen und die Elektrode eintauchen.

Kalibrieren: Beginnen Sie mit der Einstellung der Elektrode gemäß den Anweisungen des Herstellers. Der alte Sensor kann träge reagieren, also bitte Vorsicht. Wenn sich der Wert stabilisiert hat, stellen Sie das Gerät so ein, dass es diesen Kalibrierungspunkt akzeptiert.

Spülen und wiederholen: Spülen Sie den Sensor erneut mit destilliertem Wasser, tauchen Sie ihn dann in einen anderen sauberen Becher mit frischer Pufferlösung und überprüfen Sie Ihre Kalibrierung.

Sensoren

Ein pH-Sensor wandelt das von einer Elektrode empfangene Signal in einen pH-Wert um. Zwei Arten von Sensorelementen dominieren den Markt, die herkömmliche Glasmembran und der ionensensitive Feldeffekttransistor (ISFET). Bei den Sensormaterialien müssen Sie aus Glas, Kunststoff oder Polyetheretherketon (PEEK) wählen. Auf den ersten Blick könnten Sie für die Robustheit der Kunststoff oder PEEK gehen, aber die Anbieter sind anderer Meinung und gehen für Glas. Warum?

pH meter glass sensor
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Denn trotz der Zerbrechlichkeit von Glas ist es temperatur- und chemikalienbeständiger als Kunststoff oder PEEK. Außerdem können Sie eine Glasmembran mit einem einfachen Formteil an einer Glaswelle befestigen, was die Befestigung robust macht.

Außerdem bietet der Glasschaft eine hohe physikalische Stabilität, da das innere Glasrohr für die Drahtbremsen vermieden wird. Dies kann bei Sensoren mit einer Länge von mehr als 120 Millimetern zum Problem werden. Sie können Plastik wählen, wenn Sie Geld sparen möchten, aber bedenken Sie, dass es nur in weniger anspruchsvollen Prozessen funktioniert.

6 pH-Transmitter müssen Sie kennen

Wir haben vor einiger Zeit einige pH-Transmitter überprüft, die Sie gleich wieder sehen werden, und wir wollten noch ein paar andere für Sie in Betracht ziehen.
es diesen Kalibrierungspunkt akzeptiert.
Spülen und wiederholen: Spülen Sie den Sensor erneut mit destilliertem Wasser, tauchen Sie ihn dann in einen anderen sauberen Becher mit frischer Pufferlösung und überprüfen Sie Ihre Kalibrierung.

ABB TB82
Dieses Zweileiter-Messgerät verfügt über ein Standard-Display ohne Hintergrundbeleuchtung und eine Tastatur in der Nähe des Displays. Das Handbuch sagt nicht viel über die Installation aus, aber es sieht einfach zu installieren aus. Der TB82 misst mit einer Genauigkeit von +/- 0,01 pH und einem Grad Celsius. Es akzeptiert nur analoge Sensoren, aber es ist der einzige Eintrag in dieser Liste, den Sie für die ionenselektive Messung verwenden können.
Endress+Hauser Liquiline M CM42
Dieses zweiadrige einkanalige Gerät liest mit Memosens-Sensoren nach pH-Wert, Leitfähigkeit oder Sauerstoff. Das Display hat keine Hintergrundbeleuchtung, aber es gibt Nachrichten in Klartext und 14 Sprachen, so dass dieser mit vielen Menschen auf der Welt sprechen kann. Das Scrollrad macht es besonders benutzerfreundlich. Installation für eine Wand sieht einfach aus, aber Sie benötigen Zubehör für Rohre oder Platten.
KNICK Stratos Pro
Dieser Sender funktioniert für analoge und digitale Sensoren. Durch den Austausch der Eingangskarte können Sie zwischen pH-Wert, gelöstem Sauerstoff oder Leitfähigkeit wechseln. Außerdem ist eine zweikanalige Eingangskarte mit Ausnahme von Zone 1 verfügbar. In der Tat werden auch digitale Sensoren in Zone 1 nicht unterstützt. Das Gerät hat ein IP67-Gehäuse und ein schönes Farbdisplay, obwohl Sie das Handbuch benötigen, um Abkürzungen auf dem Display zu übersetzen.
Mettler Toledo M400
Dieses Multiparameter-Messgerät kann analoge oder digitale Sensoren für pH, Leitfähigkeit, Sauerstoff oder Kohlendioxid verwenden. Sie finden das beleuchtete Display gut lesbar und die Nachrichten im Klartext. Das IP66-Gehäuse wird an einer Wand oder in einer Schalttafel installiert.

Auf der anderen Seite hat dieses Gerät mit Schleifenstromversorgung nur Analog, FOUNDATION Fieldbus und PROFIBUS PA und verwendet nur ISM-Digitalsensoren. Auch das Handbuch ist eine kräftige Lektüre.

WTW IQ Sensor Net DIQ/S 181
Dieses einkanalige Multiparameter-Gerät verwendet nur WTW IQ Sensor Net Sensoren und funktioniert nur für Abwasser. Das hintergrundbeleuchtete Display verfügt über mehrere Sprachen und klare Nachrichten und ist damit sehr benutzerfreundlich.

Er kann pH, Sauerstoff, Leitfähigkeit oder Trübung messen, abhängig vom angeschlossenen Sensor. Es hat zwei analoge Ausgänge und drei Relais, aber nur eine Diagnose für Glasbruch. Auf der anderen Seite scheint es einfach, das Gerät an einer Wand oder einem Rohr zu installieren. Das Handbuch ist verständlich, immer ein Plus.

Yokogawa FLXA21
Dieser Zwei-Draht-Zweikanal-Konverter arbeitet für pH, Leitfähigkeit oder Sauerstoff. Sie können analoge Sensoren verwenden, aber Sie müssen später Parameter angeben oder Eingangsmodule ändern. Obwohl es zwei Kanäle beansprucht, haben Sie nur einen Ausgang. Dennoch verfügt das Touch-Display über einen klaren Text und 12 verschiedene Sprachen.

Wenn Sie die Zweikanal-Eingangskarte wählen, können Sie sie so programmieren, dass ein Alarm ausgelöst wird, wenn die Messungen zwischen den Kanälen einen voreingestellten Wert überschreiten. Sie können es auch in explosionsgefährdeten Bereichen verwenden.

Häufige Fehler

Selbst die qualitativ hochwertigsten Geräte verschlechtern oder entwickeln im Laufe der Zeit Probleme, so dass Sie nach allgemeinen Problemen Ausschau halten müssen.

Faktoren wie Feuchtigkeit oder Wind können mit den Sensoren spielen und genug Widerstand auf den Kontakten erzeugen, um Signale zu reduzieren. Glücklicherweise haben digitale Elektroden kleine Mikroprozessoren, die Umweltinterferenzen ignorieren können.

Sie sollten auch die galvanische Trennung erkennen. Grundsätzlich können elektrische Potentiale zwischen der Erdung des Geräts, dem Steuersystem und den Rohren, in denen die Messungen stattfinden, auftreten. Diese können das winzige Signal der Elektrode stören. Sie können nach diesem Problem suchen, indem Sie eine Stichprobe entnehmen und mit demselben Gerät messen, das für den Prozess verwendet wird. Wenn sich die Werte unterscheiden, sollten Sie nach einer Erdungsschleife suchen.

Und natürlich kann die Temperatur Messungen beeinflussen, aber viele Anwender denken, dass wenn sie ihre pH-Meter automatische Temperaturkompensation (ATC) haben, sie dieses Bit ignorieren können. Falsch! Sie können die Temperaturabhängigkeit Ihrer Probe nicht kompensieren, es sei denn, Sie programmieren Ihren pH-Transmitter. Jede Probe wird ihre eigene Abhängigkeit haben.

Analog oder digital

Jetzt beenden wir unsere lebhafte Sitzung mit einer Diskussion darüber, ob wir analoge oder digitale Sensoren verwenden sollen.

Kategorie
Analog
Digital
Hintergrund
Der Sensor selbst bleibt analog, egal ob Ihr Sender digital oder analog ist. Wenn Sie also einen digitalen Sender kaufen, der Ihrem Sensor einen Schub gibt, dann haben Sie einfach Geld verschwendet. Ein digitaler Sensor benötigt einen digitalen Sender. Sie können keinen digitalen Sensor in Ihrem System installieren, wenn Ihr Sender keinen digitalen Sensor akzeptiert.

Digitale Sensoren bieten jedoch eine Mehrsignalverarbeitung und eine verbesserte Zuverlässigkeit.

Einstellung
Analog sensors store their corrections in the transmitter and ensure drift correction.
Analoge Sensoren speichern ihre Korrekturen im Sender und sorgen für eine Driftkorrektur.
Digitale Sensoren können ihre eigenen Einstellwerte speichern. Sie können also einen Sensor in einem Labor oder einer Werkstatt einstellen und ihn dann im Feld installieren. Das Gerät liest die im Sensor gespeicherten Werte und wendet sie auf den Prozess an.
Leistungen
In einer analogen Schleife riskieren Sie niemals einen Signalverlust zwischen dem Sensor und dem Display. Entweder haben Sie eine Messung ohne Signalverlust oder gar keine Messung. Mit digitalen analytischen Sensoren erhalten Sie eine hundertprozentige Signalintegrität, sodass Sie entweder perfekte Signale oder gar nichts senden können und nichts bedeutet, dass Sie etwas reparieren müssen.

Fazit

Die Auswahl eines Geräts zur Messung des pH-Werts Ihres Prozesses erfordert ein sorgfältiges Studium der Prozessbedingungen und der Qualität des Produkts. Generell suchen wir bei der Auswahl eines Zählers nach Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Reproduzierbarkeit. Die richtige Wahl hängt jedoch immer von den Bedürfnissen und Ressourcen des Benutzers ab.

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