Theorie pH - hoe meet je pH?
pH staat voor de zuurgraad van waterige vloeistoffen. De pH komt overeen met de activiteit van de hydronium ionen in oplossing. De activiteit is vergelijkbaar met concentratie. Ofwel pH is een maat voor de H3O+ concentratie.
Hoe hoger de H3O+ concentratie hoe zuurder de oplossing, hoe lager de pH waarde.
pH kan op meerdere manieren gemeten worden:
pH-elektroden geven een spanning (mV) afhankelijk van de pH waarde van de vloeistof. Met pH elektroden kan op eenvoudige, betrouwbare en nauwkeurige manier een meting gedaan worden. Een meting met pH elektroden gebeurt met een meet- en een referentie-elektrode. De meetelektrode geeft een spanning afhankelijk van de pH-waarde. De referentie elektrode geeft een vaste (referentie) spanning. De pH-meter meet het spanningsverschil tussen beide elektroden en rekent dit verschil om tot een pH-waarde volgens de volgende formule:
Emeting = E0 + C log a(H+)
Volgens de definitie is pH = -log a(H+)
pH = (E meting - E0)/59,16 (@ 25°C)
De spanning van de elektroden wordt tevens door de temperatuur beïnvloed. Bij temperaturen hoger dan 25°C neemt de spanningsverandering toe en bij lager dan 25°C juist af. Vrijwel alle pH meters houden rekening met het optreden van dit effect en hebben automatische temperatuur compensatie (ATC) om zo te compenseren voor de veranderingen die ontstaan in de elektrode en zo nauwkeurig te kunnen meten over het gehele meetbereik.
Let op: dit geeft vaak aanleiding tot vergissingen! De ATC compenseert dus voor het veranderde gedrag van de elektrode en NIET voor een verandering van de vloeistof pH onder invloed van temperatuur.
De omstandigheden (pH, temperatuur, vloeistof samenstelling en eventueel druk en mechanische belasting) bij toepassing leiden tot een logische keuze voor een optimale elektrode.
Verdere eisen aan het gebruik (bijvoorbeeld: continu of af en toe meten) maken de keuze voor het type meter duidelijk.
De elektrodeconstructie blijkt duidelijk uit de bovenstaande tekening.
Belangrijke delen waar u (als gebruiker) mee te maken heeft, zijn de GLASBOL (het pH membraam) en het (referentie) DIAFRAGMA.
Populair gezegd is de GLASBOL het pH gevoelige deel (gevoelig voor H+ ionen) waar de spanning wordt opgewekt en de REFERENTIE het stabiele punt waartegen deze spanning wordt gemeten.
De getekende elektrode is een zg combinatie-elektrode waarbij de pH elektrode en de referentie-elektrode in één compacte behuizing zijn samengebracht. Er zijn ook losse pH en losse referentie-elektrodes op de markt (zg Half cells) die in bepaalde situaties beter te gebruiken zijn dan de combinatie-elektrodes.
Meestal worden de 'losse elektrodes' beschouwd als ouderwets en onhandig, vooral omdat bij montage in een leiding veel extra voorzieningen nodig zijn.
Binnenin de referentie-elektrode zit, naast een zilver/zilverchloride cel een vloeibare of gel-achtige oplossing. Deze oplossing is in de meeste gevallen KCL, een goed geleidende vloeistof die ervoor zorgt dat de 'stroomkring' tussen de pH elektrode en de referentie-elektrode wordt gesloten via het DIAFRAGMA.
Als ergens in deze stroomkring een 'breuk' optreedt, wordt de kring verbroken en zal de elektrodeconstructie geen spanning meer afgeven - de mV waarde wordt 0 en dit betekent dat de aanwijzing van de pH meter op ca. pH7 zal blijven staan.
Sluiten
Hoe hoger de H3O+ concentratie hoe zuurder de oplossing, hoe lager de pH waarde.
pH kan op meerdere manieren gemeten worden:
- Met indicatoren die een kleur (-verandering) geven afhankelijk van de pH-waarde.
- Door toevoeging van een pH neutraliserende (base bij zuur of omgekeerd) oplossing met een bekende concentratie. Toevoeging gebeurt tot een kleuromslag van de gebruikte pH-indicator. Uit het toegevoegde volume kan de oorspronkelijke pH waarde teruggerekend worden.
- Elektrochemisch met pH elektroden: de meest gebruikte methode met een zeer goede nauwkeurigheid.
pH-elektroden geven een spanning (mV) afhankelijk van de pH waarde van de vloeistof. Met pH elektroden kan op eenvoudige, betrouwbare en nauwkeurige manier een meting gedaan worden. Een meting met pH elektroden gebeurt met een meet- en een referentie-elektrode. De meetelektrode geeft een spanning afhankelijk van de pH-waarde. De referentie elektrode geeft een vaste (referentie) spanning. De pH-meter meet het spanningsverschil tussen beide elektroden en rekent dit verschil om tot een pH-waarde volgens de volgende formule:
Emeting = E0 + C log a(H+)
Volgens de definitie is pH = -log a(H+)
pH = (E meting - E0)/59,16 (@ 25°C)
De spanning van de elektroden wordt tevens door de temperatuur beïnvloed. Bij temperaturen hoger dan 25°C neemt de spanningsverandering toe en bij lager dan 25°C juist af. Vrijwel alle pH meters houden rekening met het optreden van dit effect en hebben automatische temperatuur compensatie (ATC) om zo te compenseren voor de veranderingen die ontstaan in de elektrode en zo nauwkeurig te kunnen meten over het gehele meetbereik.
Let op: dit geeft vaak aanleiding tot vergissingen! De ATC compenseert dus voor het veranderde gedrag van de elektrode en NIET voor een verandering van de vloeistof pH onder invloed van temperatuur.
De omstandigheden (pH, temperatuur, vloeistof samenstelling en eventueel druk en mechanische belasting) bij toepassing leiden tot een logische keuze voor een optimale elektrode.
Verdere eisen aan het gebruik (bijvoorbeeld: continu of af en toe meten) maken de keuze voor het type meter duidelijk.
De elektrodeconstructie blijkt duidelijk uit de bovenstaande tekening.
Belangrijke delen waar u (als gebruiker) mee te maken heeft, zijn de GLASBOL (het pH membraam) en het (referentie) DIAFRAGMA.
Populair gezegd is de GLASBOL het pH gevoelige deel (gevoelig voor H+ ionen) waar de spanning wordt opgewekt en de REFERENTIE het stabiele punt waartegen deze spanning wordt gemeten.
De getekende elektrode is een zg combinatie-elektrode waarbij de pH elektrode en de referentie-elektrode in één compacte behuizing zijn samengebracht. Er zijn ook losse pH en losse referentie-elektrodes op de markt (zg Half cells) die in bepaalde situaties beter te gebruiken zijn dan de combinatie-elektrodes.
Meestal worden de 'losse elektrodes' beschouwd als ouderwets en onhandig, vooral omdat bij montage in een leiding veel extra voorzieningen nodig zijn.
Binnenin de referentie-elektrode zit, naast een zilver/zilverchloride cel een vloeibare of gel-achtige oplossing. Deze oplossing is in de meeste gevallen KCL, een goed geleidende vloeistof die ervoor zorgt dat de 'stroomkring' tussen de pH elektrode en de referentie-elektrode wordt gesloten via het DIAFRAGMA.
Als ergens in deze stroomkring een 'breuk' optreedt, wordt de kring verbroken en zal de elektrodeconstructie geen spanning meer afgeven - de mV waarde wordt 0 en dit betekent dat de aanwijzing van de pH meter op ca. pH7 zal blijven staan.
Sluiten
Kan ik mijn pH elektrode het beste bewaren in demi water?
Eén van de meest voorkomende fouten is het bewaren van de referentie (of combi) elektrode in demiwater. Het blijft een steeds terugkerend punt in gesprekken met meetprofessionals.
Kort en duidelijk: NIET DOEN!
Demiwater wordt zo ongeveer beschouwd als de 'Haarlemmerolie' (oftewel: is overal voor geschikt) van de meettechniek maar in dit geval raden wij het gebruik er van sterk af.
Waarom wordt demiwater beschouwd als 'het beste middel' voor alles?
Omdat in laboratoria veelal demiwater wordt toegepast omdat dit nl geen mineralen en andere 'verontreinigingen' bevat, lijkt het gebruik hiervan in alle situaties die iets met chemie van doen hebben de oplossing.
Kijkt u even terug naar de "Theoretische uitleg van pH" en dan specifiek naar de elektrodeconstructie. Bij de beschrijving wordt genoemd dat de referentie-elektrode veelal gevuld is met KCL, een goed geleidende vloeistof.
De KCL heeft ten opzichte van demiwater een zeer hoge 'verontreiniging'. De open verbinding die normaliter noodzakelijk is om pH te kunnen meten (de verbinding tussen referentie vloeistof en meetvloeistof) creëert in het geval van 'wegzetten in demiwater' het probleem: er zal een versnelde uitwisseling gaan plaatsvinden van de 'verzadigde vloeistof KCL' naar de 'onverzadigde vloeistof demiwater'. De vergelijking met communicerende vaten gaat niet geheel op maar geeft wel duidelijk aan wat er zal gebeuren: de ionen uit de KCL willen naar het 'lager gelegen' demiwater stromen en hierdoor zal de referentievloeistof populair gezegd 'uitputten'.
Daarom: wat er ook wordt aangeraden (zelfs door gerenommeerde fabrikanten van pH elektrodes en door hoog-opgeleide chemische specialisten) GEBRUIK geen DEMIWATER om uw elektrode te bewaren. De enigen die er wijzer van worden zijn de elektrodefabrikanten...
Sluiten
Kort en duidelijk: NIET DOEN!
Demiwater wordt zo ongeveer beschouwd als de 'Haarlemmerolie' (oftewel: is overal voor geschikt) van de meettechniek maar in dit geval raden wij het gebruik er van sterk af.
Waarom wordt demiwater beschouwd als 'het beste middel' voor alles?
Omdat in laboratoria veelal demiwater wordt toegepast omdat dit nl geen mineralen en andere 'verontreinigingen' bevat, lijkt het gebruik hiervan in alle situaties die iets met chemie van doen hebben de oplossing.
Kijkt u even terug naar de "Theoretische uitleg van pH" en dan specifiek naar de elektrodeconstructie. Bij de beschrijving wordt genoemd dat de referentie-elektrode veelal gevuld is met KCL, een goed geleidende vloeistof.
De KCL heeft ten opzichte van demiwater een zeer hoge 'verontreiniging'. De open verbinding die normaliter noodzakelijk is om pH te kunnen meten (de verbinding tussen referentie vloeistof en meetvloeistof) creëert in het geval van 'wegzetten in demiwater' het probleem: er zal een versnelde uitwisseling gaan plaatsvinden van de 'verzadigde vloeistof KCL' naar de 'onverzadigde vloeistof demiwater'. De vergelijking met communicerende vaten gaat niet geheel op maar geeft wel duidelijk aan wat er zal gebeuren: de ionen uit de KCL willen naar het 'lager gelegen' demiwater stromen en hierdoor zal de referentievloeistof populair gezegd 'uitputten'.
Daarom: wat er ook wordt aangeraden (zelfs door gerenommeerde fabrikanten van pH elektrodes en door hoog-opgeleide chemische specialisten) GEBRUIK geen DEMIWATER om uw elektrode te bewaren. De enigen die er wijzer van worden zijn de elektrodefabrikanten...
Sluiten
Waarom moet ik kalibreren
Bij kalibratie wordt het 'gedrag' van de elektrode bekend gemaakt aan de meter zodat deze er nauwkeurig op kan reageren. Niet elke elektrode heeft hetzelfde gedrag, soms heeft een elektrode een iets betere gevoeligheid dan een andere elektrode. Daarnaast verandert het gedrag van een elektrode naarmate deze ouder wordt. Ook wanneer men een elektrode vervangt door een nieuwe dient men opnieuw te kalibreren.
Vervuilde elektrodes zullen nooit een goed resultaat geven bij kalibratie. De meter zal soms perfect te kalibreren zijn, maar wanneer de elektrode na de kalibratie wordt getest door te meten in bv buffer pH 4, zal blijken dat er bv een aanwijzing is van 3,8. Dat komt omdat de elektrode tijdens het kalibreren gereinigd wordt door bv de pH 4 vloeistof.
De juiste procedure is: reinig eerst de elektrode, zet daarna de elektrode een uur weg in bewaarvloeistof en kalibreer pas daarna.
Kalibreren gebeurt met behulp van vloeistoffen: de zg buffers of kalibratie-vloeistoffen. Het klinkt logisch, maar wordt vaak vergeten: hoe beter de vloeistof is, hoe beter het resultaat van de kalibratie. Gebruik daarom altijd schone, nieuwe vloeistof. U kunt zich voorstellen dat vloeistof die al is gebruikt zal verontreinigen; hierdoor wordt de kalibratie zo goed als waardeloos.
Hoe vaak u moet kalibreren is afhankelijk van de mate van gebruik en van eventuele vervuiling; hier is geen vaste indeling voor te maken. Bij zware verontreinigingen kalibreert u bv 1 keer per week en bij minimale verontreiniging 1 keer per maand. U kunt altijd testen of kalibratie nodig is, door even te meten in pH 7 en pH 4 buffers. Is de afwijking minimaal, dan hoeft u niet te kalibreren.
Sluiten
Vervuilde elektrodes zullen nooit een goed resultaat geven bij kalibratie. De meter zal soms perfect te kalibreren zijn, maar wanneer de elektrode na de kalibratie wordt getest door te meten in bv buffer pH 4, zal blijken dat er bv een aanwijzing is van 3,8. Dat komt omdat de elektrode tijdens het kalibreren gereinigd wordt door bv de pH 4 vloeistof.
De juiste procedure is: reinig eerst de elektrode, zet daarna de elektrode een uur weg in bewaarvloeistof en kalibreer pas daarna.
Kalibreren gebeurt met behulp van vloeistoffen: de zg buffers of kalibratie-vloeistoffen. Het klinkt logisch, maar wordt vaak vergeten: hoe beter de vloeistof is, hoe beter het resultaat van de kalibratie. Gebruik daarom altijd schone, nieuwe vloeistof. U kunt zich voorstellen dat vloeistof die al is gebruikt zal verontreinigen; hierdoor wordt de kalibratie zo goed als waardeloos.
Hoe vaak u moet kalibreren is afhankelijk van de mate van gebruik en van eventuele vervuiling; hier is geen vaste indeling voor te maken. Bij zware verontreinigingen kalibreert u bv 1 keer per week en bij minimale verontreiniging 1 keer per maand. U kunt altijd testen of kalibratie nodig is, door even te meten in pH 7 en pH 4 buffers. Is de afwijking minimaal, dan hoeft u niet te kalibreren.
Sluiten
Wat betekent het als mijn pH elektrode helemaal wit uitgeslagen is?
Wanneer een pH elektrode een witte aanslag vertoont, is dit niets iets om u zorgen over te maken.
Het betekent gewoon dat de KCL die als vulling wordt gebruikt van de elektrode, een klein beetje heeft gelekt en daarna is gedroogd. Deze 'uit-gekristalliseerde' vloeistof geeft een witte aanslag.
Het advies: schoonmaken met behulp van water.
Sluiten
Het betekent gewoon dat de KCL die als vulling wordt gebruikt van de elektrode, een klein beetje heeft gelekt en daarna is gedroogd. Deze 'uit-gekristalliseerde' vloeistof geeft een witte aanslag.
Het advies: schoonmaken met behulp van water.
Sluiten
Wat zijn de risico's bij het meten in vervuilde vloeistof en...wat er tegen te doen?
Wanneer er pH gemeten moet worden zijn een aantal zaken van groot belang. Één van de zaken waar vaak onvoldoende aandacht aan wordt gegeven is de mate van vervuiling in een vloeistof. Toch is dit een zeer belangrijke factor, omdat er een grote verstoring kan optreden door vervuiling.
In de eerste plaats kan er vervuiling van het pH glas plaatsvinden. Het is logisch, dat wanneer het glas wordt bedekt met een 'laag', de pH meting hierdoor beïnvloedt zal worden. In het ergste geval zal de meting helemaal niet meer reageren op veranderingen. Ook kan het voorkomen dat door de opbouw van een laag op het pH glas, een geheel eigen 'meetomgeving' ontstaat waardoor een pH wordt aangegeven die niets meer te maken heeft met de pH van het totale medium waarin wordt gemeten.
Een ander gevolg van vervuiling (het meest voorkomend) is dat de referentieopening van de elektrode verstopt raakt. Hierdoor wordt het elektrisch contact in de totale meetkring (zie ook het plaatje bij Theoretische uitleg) verstoord, waardoor er geen meting meer zal plaatsvinden. Het meetsignaal gaat 'zweven' en het resultaat is een zeer instabiele uitlezing. Wanneer er dan ook nog een regeling is aangesloten op de meting, dan laat het effect zich raden: de regeling gaat een geheel eigen leven leiden waardoor doseringen etc. compleet verstoord kunnen worden.
Om vervuiling van de referentieopening tegen te gaan zijn er speciale 'uitstromende' elektrodes verkrijgbaar. Bij dit type elektrodes stroomt meer KCL naar buiten door de referentieopeningen, waardoor vervuiling minder snel de kans krijgt om zich te hechten of zelfs naar binnen te dringen in de elektrode.
Verder kan men, door rekening te houden met de vervuiling wanneer een elektrode moet worden gekozen, ook nog met bv teflon referentiediafragma's werken waardoor vul minder snel zal aanhechten.
Of vervuiling zal optreden is op voorhand vaak moeilijk te voorspellen. Onze specialisten zullen altijd een groot aantal vragen bij u neerleggen wanneer u ons vraagt om advies; de reden hiervan is, om te kunnen inschatten in hoeverre bv vervuiling een rol zal gaan spelen.
Hoe meer u weet van uw proces, hoe beter wij u kunnen adviseren.
Soms is het mogelijk om vanwege de vervuiling een andere meetplaats te kiezen waardoor het risico op het optreden van vervuiling minder is. Soms kan het gewoon niet anders en moet de meting plaatsvinden in een milieu waarvan op voorhand al is vast te stellen dat er een zware vervuiling zal optreden. Reinigen is daarbij de oplossing; in een aantal gevallen is het mogelijk (bv bij continu procesmetingen) om in-line een reiniging aan te brengen in het armatuur waarin de elektrode is gemonteerd.
Met behulp van een transmitter is die reiniging dan op basis van tijdsinstellingen te activeren. Denk hierbij bv aan het sproeien van de elektrode met (verdund) zuur of water.
De transmitter regelt de schoonmaakcyclus geheel automatisch en zorgt er ook voor dat het meetsignaal tijdens reinigen wordt geblokkeerd.
Sluiten
In de eerste plaats kan er vervuiling van het pH glas plaatsvinden. Het is logisch, dat wanneer het glas wordt bedekt met een 'laag', de pH meting hierdoor beïnvloedt zal worden. In het ergste geval zal de meting helemaal niet meer reageren op veranderingen. Ook kan het voorkomen dat door de opbouw van een laag op het pH glas, een geheel eigen 'meetomgeving' ontstaat waardoor een pH wordt aangegeven die niets meer te maken heeft met de pH van het totale medium waarin wordt gemeten.
Een ander gevolg van vervuiling (het meest voorkomend) is dat de referentieopening van de elektrode verstopt raakt. Hierdoor wordt het elektrisch contact in de totale meetkring (zie ook het plaatje bij Theoretische uitleg) verstoord, waardoor er geen meting meer zal plaatsvinden. Het meetsignaal gaat 'zweven' en het resultaat is een zeer instabiele uitlezing. Wanneer er dan ook nog een regeling is aangesloten op de meting, dan laat het effect zich raden: de regeling gaat een geheel eigen leven leiden waardoor doseringen etc. compleet verstoord kunnen worden.
Om vervuiling van de referentieopening tegen te gaan zijn er speciale 'uitstromende' elektrodes verkrijgbaar. Bij dit type elektrodes stroomt meer KCL naar buiten door de referentieopeningen, waardoor vervuiling minder snel de kans krijgt om zich te hechten of zelfs naar binnen te dringen in de elektrode.
Verder kan men, door rekening te houden met de vervuiling wanneer een elektrode moet worden gekozen, ook nog met bv teflon referentiediafragma's werken waardoor vul minder snel zal aanhechten.
Of vervuiling zal optreden is op voorhand vaak moeilijk te voorspellen. Onze specialisten zullen altijd een groot aantal vragen bij u neerleggen wanneer u ons vraagt om advies; de reden hiervan is, om te kunnen inschatten in hoeverre bv vervuiling een rol zal gaan spelen.
Hoe meer u weet van uw proces, hoe beter wij u kunnen adviseren.
Soms is het mogelijk om vanwege de vervuiling een andere meetplaats te kiezen waardoor het risico op het optreden van vervuiling minder is. Soms kan het gewoon niet anders en moet de meting plaatsvinden in een milieu waarvan op voorhand al is vast te stellen dat er een zware vervuiling zal optreden. Reinigen is daarbij de oplossing; in een aantal gevallen is het mogelijk (bv bij continu procesmetingen) om in-line een reiniging aan te brengen in het armatuur waarin de elektrode is gemonteerd.
Met behulp van een transmitter is die reiniging dan op basis van tijdsinstellingen te activeren. Denk hierbij bv aan het sproeien van de elektrode met (verdund) zuur of water.
De transmitter regelt de schoonmaakcyclus geheel automatisch en zorgt er ook voor dat het meetsignaal tijdens reinigen wordt geblokkeerd.
Sluiten
Heeft u een vraag of opmerking over pH of deze website? Stuur uw informatie alstublieft naar .