Potentiometer (pH-Meter) Für was funktioniert und wie es funktioniert

A Potentiometer ist die Vorrichtung, die verwendet wird, um die Potentialdifferenz zwischen einer Arbeitselektrode und einer Bezugselektrode zu messen, wenn beide in eine Lösung eingetaucht sind, deren Azidität oder Basizität bestimmt wird, wobei sie als pH ausgedrückt wird.

Auf diese Weise bezieht sich Potentiometrie auf die analytische Methode, die bei der Bestimmung der H-Ionenkonzentration verwendet wird⁺ in einer Substanz, die in Lösung ist, mit einem Potentiometer und den beiden oben genannten Elektroden.

Im Falle der Referenzelektrode hat sie ein bekanntes, konstantes und stabiles Potential im Gegensatz zu der Arbeitselektrode. Das Potential, das sich in dieser letzten Elektrode entwickelt, variiert proportional zur Konzentration von H-Ionen⁺ das sind in der Lösung.

Dieses Potential wird auch stark von der Temperatur beeinflusst, bei der die Messung durchgeführt wird.

Index

• 1 Wozu dient es?
• 2 Wie funktioniert es?
  • 2.1 Elektroden
  • 2.2 Kalibrierung eines Potentiometers
• 3 Referenzen

Wofür ist es?

Es gibt eine große Anzahl von Prozessen, die im industriellen Bereich durchgeführt werden - wie etwa Arzneimittelherstellung, Lebensmittelverarbeitung und Wasserreinigung - die sehr empfindlich gegenüber Schwankungen des pH-Werts sind. Aus diesem Grund ist seine korrekte Messung so wichtig.

Wie zuvor erwähnt, ist der pH ein Parameter, der verwendet wird, um die Acidität oder Alkalinität einer Lösung zu messen, die sich in wässriger Phase befindet, indem die Konzentration von Hions analysiert wird.⁺ in der Lösung. Dann wird der pH-Wert durch die folgende Gleichung berechnet:

pH = -log [H⁺]

Mit dem Potentiometer wird also der pH-Wert einer Substanz in Lösung gemessen.

Wenn das Potentiometer an die zwei in die zu analysierende Lösung eingetauchten Elektroden angeschlossen ist, erkennt es die Potentialdifferenz zwischen der Arbeitselektrode und der Referenzelektrode, verstärkt dieses Signal und wandelt es unter Verwendung der oben beschriebenen Gleichung in einen pH-Wert um.

Wie funktioniert es?

Der Betrieb eines Potentiometers basiert auf dem Mechanismus einer elektrochemischen Zelle, an der H-Ionen beteiligt sind⁺ in der chemischen Reaktion der Zelle, um die Konzentration dieser Ionen in der Lösung zu bestimmen und auf diese Weise den pH-Wert derselben zu erhalten.

Wenn es gewünscht wird, den pH-Wert einer Lösung durch Potentiometrie zu messen, werden ein Potentiometer und eine Elektrode verwendet; Das erste ist das Gerät, das den pH-Wert bestimmt, während das zweite auf der Kombination einer Referenzelektrode und einer Messelektrode basiert, die empfindlich auf Analyten reagiert.

In diesem Sinne wird eine Schaltung gebildet, bei der der elektrische Strom zwischen den Elektroden und der Lösung fließt, wo diese die Funktion einer Batterie ausüben, wenn sie in die zuvor erwähnte Lösung eingetaucht wird.

Auf diese Weise ist das Potentiometer ausgelegt, um eine Spannung gleich Null (in Millivolt-Einheiten) zu erzeugen, wenn Sie einen pH-Wert von sieben haben; das heißt, neutral.

Wenn ein Anstieg der Potentialwerte aufgezeichnet wird (mit positiven Zahlen), bedeutet dies, dass es niedrigere pH-Werte gibt, und wenn eine Abnahme dieser Werte beobachtet wird - dh ein Wachstum in Richtung der negativen Zahlen - spricht man von höheren Werten von pH.

Elektroden

Die Messelektrode (oder Arbeitselektrode) besteht aus einer Vorrichtung, in der die zu untersuchende Reaktion (Oxidation oder Reduktion) durchgeführt wird.

Obwohl es viele Arten gibt, besteht es normalerweise aus Glas, das aus einer sehr dünnen Glasmembran mit Permeabilität für H-Ionen besteht.⁺ des Mediums, in dem es ist.

Indem dieses in eine Lösung gebracht wird, deren pH-Wert sich von dem der in der Zelle vorhandenen Lösung unterscheidet, wird eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Seiten der Membran erzeugt, und diese Differenz kann mittels einer Referenzelektrode registriert werden.

Auf der anderen Seite ist die Referenzelektrode eine Vorrichtung, die Eigenschaften eines stabilen Potentials und eines bekannten Werts aufweist, die normalerweise als die Anode in der elektrochemischen Zelle verwendet werden.

Ein Beispiel für diesen Elektrodentyp ist der, der aus einem Silberkabel, das mit Silberchlorid beschichtet ist und in eine Lösung aus verdünnter Salzsäure eingetaucht ist, oder aus der mit Kalomel gesättigten Referenzelektrode, wie gezeigt, besteht in der Abbildung unten.

Das Potentiometer bestimmt also die Potentialdifferenz, die zwischen den Elektroden erzeugt wird, obwohl nur das Potential der Arbeitselektrode von den Konzentrationen der ionischen Spezies abhängt.

Kalibrierung eines Potentiometers

Die Kalibrierung eines Potentiometers muß durch bekannte Pufferlösungen (auch Puffer- oder Pufferlösungen genannt) erfolgen, die aus Systemen mit praktisch unveränderlichem pH-Wert bestehen, die eine schwache Substanz und deren konjugierte Spezies enthalten.

Jede Pufferlösung weist einen spezifischen pH-Wert auf, der sauer (pH <7), basisch (pH> 7) oder neutral (pH = 7) sein kann und bereits standardisiert oder im Labor mit zertifizierten Reagenzien und kommerziell erhältlich ist durch den Einsatz etablierter und validierter Verfahren.

Da die Potentiometer den pH-Wert in einem Bereich messen, der als breit betrachtet wird, muss bekannt sein, ob der Analyt einen pH-Wert größer oder kleiner als sieben hat, um zu seiner korrekten Kalibrierung zu gelangen.

Für Proben, deren pH-Wert als basisch angenommen wird, muss sie daher mit einer Pufferlösung mit einem pH-Wert gleich sieben und einem anderen höheren pH-Wert kalibriert werden (normalerweise wird einer mit einem pH-Wert von 10 verwendet).

Auf der anderen Seite wird für Proben mit einem erwarteten pH-Wert vom Säuretyp mit einer Pufferlösung mit einem pH-Wert gleich sieben und einem anderen niedrigeren pH-Wert (normalerweise wird einer mit einem pH-Wert von 4 verwendet) kalibriert.

Schließlich muss eine Rekalibrierung dieses Messinstruments vor und nach jedem Gebrauch durchgeführt werden, wobei die Ergebnisse einschließlich des Datums und der Zeit, zu der sie gemacht wurden, und die Eigenschaften der Pufferlösungen, die zu ihrer Steuerung verwendet wurden, aufgezeichnet wurden.

Referenzen

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