YOKOGAWA PH72 Bedienungsanleitung Seite 68

9.2 Zusammenhang zwischen der Spannung (EMF) an der
Glaselektrode und dem pH-Wert
Der Zusammenhang zwischen der Potentialdifferenz (EMF; elektromotorische Kraft), die
sich über der Glasmembran einstellt und dem pH-Wert, ist gut erforscht und die theore-
tischen Werte wurden bestimmt. Allerdings entsprechen die tatsächlichen Werte aufgrund
von Schwankungen im Herstellungsprozess und von Alterungserscheinungen nicht immer
genau den theoretischen Werten. Daher muss ein pH-Meter anhand von Standardlösungen
kalibriert werden.
Die EMF einer Glaselektrode wird von der Temperatur beeinflusst. Bei der pH-Messung ist
die Kompensation dieses Temperatureinflusses von essentieller Bedeutung.
In Abbildung 9.2 ist eine Glasmembran dargestellt. An beiden mit den Lösungen in Kontakt
stehenden Membranoberflächen bilden sich hydrierte Schichten, und die Wasserstoffionen-
aktivität in diesen hydrierten Schichten ist konstant. Zwischen hydrierter Schicht und Lö-
sung bildet sich, abhängig von den Wasserstoffionenaktivitäten in hydrierter Schicht und
Lösung, ein Grenzpotential aus, das wie folgt durch die Nernst-Gleichung berechnet
werden kann:
e
i
e
S
Wobei:
Vorausgesetzt, das Potential auf Seite der inneren Lösung sei die Referenz, dann beträgt
die Differenz e
e e
g
Um die Differenz der Membranpotentiale festzustellen, sind in einem pH-Sensor eine Glas-
elektrode und eine Referenzelektrode mit jeweils einer Innenelektrode enthalten und der
Potentialunterschied wird von einem pH-Messumformer mit hohem Innenwiderstand ge-
messen. Diese Potentialdifferenz wird wie folgt ausgedrückt, wobei die einzelnen Potential-
differenzen der beiden Innenelektroden und C
mengefasst werden:
E
g
E
g
In der Gleichung ist pH
deren pH-Wert somit konstant sein sollte. Wird eine Lösung mit bekanntem pH-Wert (pH-
Standardlösung) als pH
menhang zwischen mV und pH-Wert ermittelt werden, wobei der pH-Wert direkt von der
Potentialdifferenz der Membran abgeleitet werden kann, wie Abbildung 9.3 gezeigt.
IM 12B03D02-01D-E
2.3026 R T
pH
i
F
2.3026 R T
pH
S
F
R : Gaskonstante, 8,3145 [J/(mol·K)]
T : Absolute Temperatur (t [ C] 273,15) [K]
F : Faradaysche Konstante, 9,6485 10 [C/mol]
C : Potential an der Schnittstelle zwischen Glas und innerner Lösung
i
C : Potential an der Schnittstelle zwischen Glas und Probenlösung
S
über die Membran:
g
2.3026 R T
e
S i
F
2.3026 R T
(pH
i
F
(54.20 0.1984 t)
(pH
die pH-Pufferlösung, die sich in der Glaselektrode befindet und
i
bei einer gegebenen Temperatur verwendet, kann der Zusam-
S
C (Seite der innernen Lösung)
i
C (Seite der Probenlösung)
S
(pH pH ) (C
i S S
– C in Gleichung 9.3 durch E
S i
pH ) E
S AS
pH ) E
i S AS
(9.1)
(9.2)
4
(9.3)
C )
i
(9.4)
(9.5)
zusam-
AS
9-2