Zeit für Chemie! Ja, lass uns über unsere süße Liebe für die Elementarwissenschaften sprechen – natürlich ganz auf PG-Basis. Heute werden wir eine Sitzung voller Spaß und pH- Messungen haben-  zwei der wichtigsten Aspekte des Verständnisses von Verbindungen.

Wir definieren es und diskutieren Konzepte wie Messen, Kalibrieren und viele weitere interessante Themen, damit Sie eine solche Messung auch zu Hause durchführen können!

Definition vom pH-Wert

Schauen Sie sich an, wie Wikipedia den pH-Wert definiert:

Der pH-Wert ist ein Maß für den sauren oder basischen Charakter einer wässrigen Lösung. Er ist die Gegenzahl des Zehnerlogarithmus der Wasserstoffionen-Aktivität und eine dimensionslose Zahl. Somit ist der pH-Wert gleich -log 10 c, wobei c die Wasserstoffionenkonzentration in Mol pro Liter ist.

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

Man ist sich nicht einig, was der Begriff pH ursprünglich bedeutet hat. 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. Natürlich überspringt all dies das Konzept, das von einem dänischen Chemiker aus einem Labor in Dänemark stammt!

Was passiert bei einer pH-Messung?

Wie dem auch sei, der pH-Wert definiert die Stärke einer Substanz – normalerweise spricht man von einer 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 kann man 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.

pH value scaling and the importance of pH balance

Schauen wir uns nun die pH-Skala an. Wir können sehen, in welchen Bereich die Substanzen entsprechend ihrer Potenzen fallen.

pH scale
Courtesy of byjus.com

Hier haben wir die Aufteilung des pH-Werts, mit Wasserstoffionen auf der linken Seite und Hydroxylionen auf der rechten Seite. Zum Beispiel hat Salpetersäure einen pH-Wert von weniger als zwei, 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 kann beim Trinken Schaden verursachen. Nicht nur von der Säure her, sondern auch wegen Metallen, die aus den durch die Säure beschädigten Rohren gelöst wurden. Auf der anderen Seite kann ein pH-Wert über 8.50 auch schädlich sein!

pH-Meter und pH Messung

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?

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 muss man sie häufig ersetzen. Lassen Sie uns einmal 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.

2 – Regeneration

Bedenken Sie diese Frage: Warum verteilt sich ein Tintentropfen, der in Wasser fiel, vollständig drin? Wir nennen dieses Phänomen Diffusion. Die Moleküle der Tinte 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 diffundieren auch zwischen ihrem Kaliumchlorid und der Kontamination.

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Also, was hat das mit Ihrer 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 gegangen sind, kehren zurück und Verunreinigungen werden abgegeben. Ta da!

3 – Rotation

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

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

Kalibrierung

Ein Gerät hat einen Genauigkeitsbereich- 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.

Für die Kalibrierung benötigen Sie Folgendes:

  1. Reinigungslösung
  2. Destilliertes Wasser
  3. Saubere Becher
  4. Pufferlösung
  5. Papiertücher

Prüfen: 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. Anschließend benutzen Sie die 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 ein und überprüfen Sie die 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 kann man aus Glas, Kunststoff oder Polyetheretherketon (PEEK) wählen. Auf den ersten Blick kann man für die Robustheit der Kunststoff oder PEEK entscheiden, 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.

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 an analog loop, you never risk losing signal between the sensor and the display. Either you have a measurement without signal loss or no measurement. With digital analytical sensors, you get 100% signal integrity, so you can either send perfect signals or nothing, and nothing means you need to fix anything.

Letzte Gedanken zur pH-Messung

Die Auswahl eines pH-Meters für Ihren Prozess erfordert eine sorgfältige Untersuchung der Prozessbedingungen und der Qualität des Produkts. Im Allgemeinen achten wir bei der Auswahl eines pH-Meters auf Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Reproduzierbarkeit. Die richtige Wahl hängt jedoch immer von den Bedürfnissen und Ressourcen des Benutzers ab.

Wenn Sie Fragen zur pH-Messung oder zu pH-Metern haben,  fragen Sie bitte unsere Ingenieure!

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