pH-Messung

Messprinzip und Fähigkeiten

Die pH-Messung ist ein grundlegendes Analyseverfahren, mit dem der Säuregrad oder die Alkalität einer Lösung quantifiziert werden kann. Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration (H+) in einer Lösung. Die pH-Skala reicht von 0 bis 14, wobei 7 neutral ist, Werte unter 7 eine  Säure und Werte über 7 Alkalität anzeigen. Die pH-Messung beruht auf der Verwendung von pH-Elektroden, in der Regel Glaselektroden, die eine zur H+-Ionenkonzentration proportionale Spannung erzeugen.

Messaufgaben / Anwendungsfelder

Die pH-Messung findet in verschiedenen Branchen breite Anwendung. Einige häufige Anwendungsbereiche sind:

• Chemische Produktion: Die pH-Messung ist entscheidend für die Überwachung und Steuerung chemischer Reaktionen, die Gewährleistung der Produktqualität und die Optimierung von Prozessen.
• Umweltüberwachung: Die pH-Messung wird bei der Bewertung der Wasserqualität, der Einhaltung von Umweltvorschriften und der Untersuchung der Auswirkungen des pH-Werts auf aquatische Ökosysteme eingesetzt.
• Biotechnologie und Pharmazie: Die pH-Messung spielt eine wichtige Rolle bei Fermentationsprozessen, Zellkulturen, der chemischen Synthese von aktiven pharmazeutischen Wirkstoffen (APIs) und der Formulierung von Medikamenten.
• Lebensmittel- und Getränkeindustrie: Sie ist für die Qualitätskontrolle in der Lebensmittel- und Getränkeherstellung unerlässlich, da der pH-Wert den Geschmack, die Beschaffenheit und die Haltbarkeit beeinflusst.
• Medizinische Diagnostik: Die pH-Messung wird bei verschiedenen medizinischen Tests eingesetzt, z. B. bei der Blutgasanalyse, der Urinanalyse und der Diagnose von Stoffwechselstörungen.

Typische Probleme und Lösungen

Die präzise und genaue pH-Messung kann aufgrund verschiedener Faktoren eine Herausforderung darstellen:

• Wartung der Elektroden: pH-Elektroden müssen regelmäßig gewartet und kalibriert werden, um genaue Messwerte zu gewährleisten. Korrekte Lagerungs- und Reinigungsprotokolle müssen befolgt werden.
• Probenverunreinigung: Verunreinigungen in der Probe können die pH-Messungen beeinträchtigen. Eine ordnungsgemäße Probenvorbereitung und -filtration kann dieses Problem abmildern.
• Elektrodeninterferenz: Je nach Eigenschaft der pH-Sensors kann dieser auch auf andere Ionen als H+ reagieren. Das resultierende Potential verfälscht den errechneten pH-Wert. Um diese Störungen zu minimieren, ist die gezielte Identifikation eines geeigneten Sensors erforderlich.
• Extreme Bedingungen: Die pH-Messung unter extremen Bedingungen (hohe Temperatur, hoher Druck) kann eine Herausforderung darstellen. Hierfür können spezielle Elektroden und Geräte erforderlich sein.
• Kalibrierung: Eine regelmäßige Kalibrierung mit Standardpufferlösungen ist für die Aufrechterhaltung der Genauigkeit unerlässlich. Automatisierte Kalibrierungssysteme können diesen Prozess rationalisieren.

Weiterführende Informationen

• Galster, H. (1990). „pH-Messung: Grundlagen, Methoden, Anwendungen, Geräte“. Wiley-VCH.
• Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J., & Crouch, S. R. (2017). „Fundamentals of Analytical Chemistry“. Cengage Learning.
• Harris, D. C. (2010). „Quantitative Chemical Analysis“. Macmillan.
• Thomas, J. D., & James, A. (2016). „Instrumentation Reference Book“. Butterworth-Heinemann.