Eine pH-Elektrode wird in frisch erzeugtes Reinstwasser eingetaucht. Die Kalibrierung des Messgerätes ist einwandfrei, die Elektrode funktioniert in den Puffern problemlos und die Temperatur ist stabil. Trotzdem wandert die Anzeige beispielsweise von 6,8 über 6,4 auf 6,1 und reagiert empfindlich auf Bewegung der Elektrode. Ist der pH-Sensor defekt?
Nicht zwangsläufig. Gerade Reinstwasser, deionisiertes Wasser und andere Medien mit sehr geringer Leitfähigkeit gehören zu den anspruchsvollsten Proben für eine klassische potentiometrische pH-Messung.
Die geringe Ionenkonzentration erhöht den elektrischen Widerstand der Probe und erschwert die Ausbildung eines stabilen Potentials am Referenzsystem. Gleichzeitig besitzt Reinstwasser nur eine sehr geringe Pufferkapazität. Bereits kleinste Mengen Fremdstoffe, Elektrolytlösung oder Kohlendioxid aus der Umgebungsluft können deshalb den tatsächlichen pH-Wert der Probe verändern.
Bei Reinstwasser muss deshalb zwischen einem tatsächlich veränderlichen pH-Wert und einem instabilen elektrochemischen Messsignal unterschieden werden. Messgerät, Elektrode, Probenahme, Temperatur, CO₂-Eintrag und Kontamination müssen gemeinsam betrachtet werden.
Wie funktioniert eine pH-Messung?
Eine klassische pH-Messung ist eine potentiometrische Messung.
Die Glaselektrode entwickelt ein elektrisches Potential, das von der Aktivität der Wasserstoffionen in der Probe abhängt.
Dieses Potential wird gegenüber einem Referenzsystem gemessen.
Vereinfacht besteht die Messkette aus:
Glasmembran → Probe → Diaphragma → Referenzelektrolyt → Referenzelektrode
Bei 25 °C beträgt die theoretische Nernst-Steigung einer idealen pH-Elektrode ungefähr:
59 mV pro pH-Einheit
Das Messgerät erfasst diese sehr kleine Spannung mit einem sehr hochohmigen Eingang und berechnet daraus den pH-Wert.
Damit dies zuverlässig funktioniert, müssen sowohl das Potential der Glaselektrode als auch das Referenzpotential ausreichend stabil sein.
Warum ist Reinstwasser besonders schwierig zu messen?
In normalen Wässern sind zahlreiche gelöste Ionen vorhanden.
Dazu gehören beispielsweise:
- Hydrogencarbonat,
- Chlorid,
- Sulfat,
- Natrium,
- Calcium,
- Magnesium.
Diese Ionen erhöhen die elektrische Leitfähigkeit und stabilisieren die elektrochemischen Bedingungen der Messung.
Reinstwasser enthält dagegen nur extrem geringe Mengen gelöster Ionen.
Damit entstehen gleichzeitig mehrere Schwierigkeiten:
- sehr hoher elektrischer Widerstand der Probe,
- instabileres Flüssigkeitsübergangspotential am Diaphragma,
- längere Einschwingzeiten,
- größere Empfindlichkeit gegenüber elektrischen Störungen,
- extrem geringe Pufferkapazität,
- hohe Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen und CO₂.
Die pH-Messung wird dadurch wesentlich empfindlicher gegenüber Details des Messaufbaus.
Welche Rolle spielt die geringe Leitfähigkeit?
Die Leitfähigkeit beschreibt, wie gut das Wasser elektrischen Strom transportieren kann.
Je weniger gelöste Ionen vorhanden sind, desto geringer ist die Leitfähigkeit und desto höher ist der elektrische Widerstand.
Bei einer pH-Messung fließen zwar nur extrem kleine Ströme, dennoch beeinflusst die hohe Impedanz die Stabilität der Potentialmessung.
Das System kann empfindlicher reagieren auf:
- elektromagnetische Störungen,
- statische Aufladungen,
- Bewegungen der Elektrode,
- veränderten Kontakt am Diaphragma,
- schlecht geschirmte beziehungsweise lange Messleitungen.
Ein sehr hoch aufgelöstes pH-Messgerät kann solche Schwankungen besonders deutlich sichtbar machen.
Viele angezeigte Nachkommastellen bedeuten deshalb bei Reinstwasser nicht automatisch, dass der tatsächliche pH-Wert mit derselben Auflösung bekannt ist.
Warum wird das Referenzsystem kritisch?
Die Referenzelektrode besitzt über ihr Diaphragma elektrischen Kontakt zur Probe.
An dieser Grenzfläche entsteht ein sogenanntes Flüssigkeitsübergangspotential.
Bei Lösungen mit normaler Ionenstärke bleibt dieses Potential bei geeigneter Elektrode relativ stabil.
Bei sehr niedriger Ionenstärke können Unterschiede zwischen:
- hochkonzentriertem Referenzelektrolyt und
- extrem ionenarmem Reinstwasser
jedoch wesentlich stärker ins Gewicht fallen.
Dadurch kann das Referenzpotential langsam wandern oder schlecht reproduzierbar werden.
Für Reinstwasser ist deshalb eine Elektrode mit einem für niedrige Ionenstärken geeigneten, möglichst niederohmigen und reproduzierbaren Diaphragma besonders wichtig.
Warum schwankt die Anzeige stärker?
Eine typische Reinstwassermessung kann beispielsweise Werte zeigen wie:
6,42 → 6,47 → 6,39 → 6,45 → 6,41
obwohl sich die Probe scheinbar nicht verändert.
Dabei können mehrere Effekte gleichzeitig auftreten:
- elektrisches Rauschen,
- instabiles Referenzpotential,
- geringe Ionenbeweglichkeit an der Grenzfläche,
- leichte Temperaturänderung,
- tatsächliche Veränderung durch CO₂-Aufnahme.
Ein schwankender Messwert ist deshalb nicht automatisch ein Hinweis auf eine verschlissene pH-Elektrode.
Eine wichtige Gegenprobe besteht darin, dieselbe Elektrode erneut in einem geeigneten Kalibrierpuffer zu kontrollieren.
Ist das Signal dort schnell und stabil, liegt die Ursache eher bei den besonderen Eigenschaften der Reinstwasserprobe beziehungsweise beim Messaufbau.
Warum verändert sich der echte pH-Wert so leicht?
Reinstwasser besitzt eine sehr geringe Säure- beziehungsweise Basenpufferkapazität.
Das bedeutet:
Schon eine sehr kleine Menge einer sauren oder alkalischen Substanz kann den pH-Wert sichtbar verändern.
Eine solche Verunreinigung kann beispielsweise stammen aus:
- Resten von Kalibrierpuffer,
- Referenzelektrolyt,
- Spülwasser,
- verschmutzten Gefäßen,
- Reinigungsmittelresten,
- Hautkontakt,
- Umgebungsluft.
Was bei normalem Leitungswasser mengenmäßig völlig unbedeutend wäre, kann in einer kleinen Reinstwasserprobe bereits einen messbaren Einfluss besitzen.
Warum ist CO₂ aus der Luft so wichtig?
Kohlendioxid aus der Umgebungsluft löst sich in Wasser.
Vereinfacht:
CO₂(g) → CO₂(aq)
Ein Teil davon reagiert im Wasser weiter und beeinflusst das Säure-Base-Gleichgewicht.
Bei einem gut gepufferten Prozesswasser ist dieser Eintrag häufig kaum sichtbar.
Bei Reinstwasser mit extrem geringer Pufferkapazität kann die CO₂-Aufnahme den pH-Wert dagegen deutlich verändern.
Eine frisch entnommene Probe kann deshalb während einer längeren Messung im offenen Becherglas tatsächlich ihren pH-Wert ändern.
Die Anzeige driftet dann nicht unbedingt, weil die Elektrode fehlerhaft ist.
Der Sensor kann korrekt anzeigen, dass sich die Probe durch den Kontakt mit der Umgebungsluft verändert.
Warum muss Reinstwasser nicht dauerhaft pH 7 anzeigen?
Die häufige Aussage:
Reines Wasser hat pH 7
gilt nur unter klar definierten Bedingungen und wird in der Praxis häufig zu pauschal verwendet.
Bei 25 °C liegt der Neutralpunkt von ideal reinem Wasser bei pH 7.
Der Neutralpunkt selbst ist jedoch temperaturabhängig.
Zusätzlich nimmt eine reale Wasserprobe bei Kontakt mit der Umgebung sehr schnell Stoffe auf.
Insbesondere gelöstes CO₂ kann dazu führen, dass eine offene Reinstwasserprobe einen pH-Wert unter 7 erreicht.
Ein Messwert unter pH 7 ist deshalb nicht automatisch ein Beweis dafür, dass:
- die pH-Elektrode falsch kalibriert ist,
- das Wasser technisch verunreinigt ist oder
- das Messgerät defekt ist.
Für die Beurteilung müssen Probenahme, Temperatur und Kontakt zur Atmosphäre bekannt sein.
Welche Rolle spielt die Temperatur?
Temperatur beeinflusst die pH-Messung auf zwei unterschiedlichen Ebenen.
Erstens verändert sie die elektrochemische Steilheit der pH-Elektrode.
Zweitens verändert die Temperatur die chemischen Gleichgewichte der Probe selbst.
Bei Reinstwasser ist insbesondere das Dissoziationsgleichgewicht von Wasser temperaturabhängig.
Der pH-Wert einer neutralen Probe muss deshalb nicht bei jeder Temperatur exakt:
pH 7,00
betragen.
Bei Vergleichsmessungen sollten daher möglichst:
- gleiche Probentemperaturen,
- vergleichbare Kalibrierbedingungen und
- dokumentierte Temperaturen
verwendet werden.
Was kann die Temperaturkompensation – und was nicht?
Viele pH-Messgeräte besitzen eine automatische Temperaturkompensation, kurz ATC.
Diese korrigiert hauptsächlich die temperaturabhängige Nernst-Steigung der Elektrode.
Sie bedeutet jedoch nicht:
Messwert wird automatisch auf den pH-Wert bei 25 °C umgerechnet
.
Die tatsächliche chemische Veränderung einer Probe mit der Temperatur wird durch eine normale Elektroden-Temperaturkompensation nicht rückgängig gemacht.
Für genaue Dokumentation sollten deshalb pH-Wert und Probentemperatur gemeinsam angegeben werden.
Welche pH-Elektrode eignet sich für Reinstwasser?
Für niedrig leitfähige Medien sollte die pH-Elektrode gezielt nach der Anwendung ausgewählt werden.
Wichtige Eigenschaften können sein:
- geeignetes Referenzsystem,
- niederohmiges beziehungsweise gut durchströmtes Diaphragma,
- reproduzierbarer Elektrolytkontakt zur Probe,
- ausreichend schneller Ionenaustausch,
- geeigneter Temperaturbereich,
- passende Bauform für Becher- oder Durchflussmessung.
Eine robuste Standard-Gelelektrode, die in Abwasser hervorragend funktioniert, muss deshalb nicht automatisch die beste Elektrode für hochreines Wasser sein.
Entscheidend ist die Kombination aus Messgerät und einer für das konkrete Medium geeigneten Elektrode.
Wie sollte das Messsystem kalibriert werden?
Die pH-Elektrode wird grundsätzlich mit definierten pH-Pufferlösungen kalibriert.
Auch wenn anschließend Reinstwasser gemessen wird, sollte die Kalibrierung nicht einfach in undefinierten verdünnten Puffern durchgeführt werden.
Wichtig sind:
- frische geeignete Puffer,
- saubere Kalibriergefäße,
- Temperaturstabilität,
- ausreichende Stabilisierungszeit,
- Kalibrierpunkte passend zum erwarteten Messbereich.
Nach der Kalibrierung sollte zusätzlich die Elektrodenbewertung beziehungsweise der Zustand von Nullpunkt und Steilheit kontrolliert werden.
Zeigt die Elektrode bereits in den Puffern instabiles Verhalten, sollte zuerst dieses Problem behoben werden.
Warum sind Pufferreste besonders kritisch?
Kalibrierpuffer besitzt im Vergleich zu Reinstwasser eine sehr hohe Ionenkonzentration.
Schon ein kleiner Tropfen Restpuffer an der Elektrode kann deshalb eine kleine Reinstwasserprobe deutlich verändern.
Nach der Kalibrierung sollte die Elektrode daher sorgfältig gespült werden.
Für besonders anspruchsvolle Messungen ist ein mehrstufiges Vorgehen sinnvoll:
- Elektrode nach der Kalibrierung gründlich spülen.
- Mit einer ersten Portion der Reinstwasserprobe nachspülen.
- Diese Spülportion verwerfen.
- Elektrode in eine frische Messportion einsetzen.
Damit wird verhindert, dass die eigentliche Probe bereits durch Rückstände aus der Kalibrierung verändert wird.
Offener Becher oder Durchflusszelle?
Für eine einfache Routinemessung wird häufig ein Becherglas verwendet.
Bei sehr hochwertigem Reinstwasser besitzt dieses Verfahren jedoch Nachteile.
Die Probe steht in unmittelbarem Kontakt mit:
- Umgebungsluft,
- CO₂,
- Staub,
- Gefäßoberfläche.
Eine geeignete Durchflussmesszelle kann deshalb Vorteile bieten.
Dabei wird frisches Wasser kontinuierlich an der Elektrode vorbeigeführt und der Kontakt zur Umgebung minimiert.
Ein möglicher Aufbau lautet:
Reinstwasserleitung → Probenleitung → Durchflusszelle → Ablauf
Dadurch lässt sich der Messzustand näher an den tatsächlichen Prozessbedingungen halten.
Die Durchflussrate sollte dabei ausreichend konstant und an Elektrode beziehungsweise Messzelle angepasst sein.
Soll Reinstwasser während der pH-Messung gerührt werden?
Leichte Bewegung kann grundsätzlich helfen, die Probe an der Elektrodenoberfläche auszutauschen und die Reaktionszeit zu verkürzen.
Bei Reinstwasser sollte jedoch eine reproduzierbare und möglichst störungsarme Messbedingung gewählt werden.
Starkes Rühren kann:
- zusätzlich CO₂ aus der Luft eintragen,
- Luftblasen erzeugen,
- Strömungsverhältnisse am Diaphragma verändern,
- den Messwert unruhiger machen.
Wird gerührt, sollte deshalb nur sanft und bei jeder Vergleichsmessung möglichst gleich gerührt werden.
Bei einer kontrollierten Durchflussmessung ist zusätzliches Rühren normalerweise nicht erforderlich.
Wann ist ein Messwert ausreichend stabil?
Bei einer normalen Pufferlösung kann die pH-Elektrode sehr schnell einen stabilen Wert erreichen.
In niedrig leitfähigem Wasser kann die Einschwingzeit deutlich länger sein.
Der Messwert sollte deshalb nicht nach einer pauschalen Zeit abgelesen werden.
Aussagekräftiger ist ein Stabilitätskriterium.
Beispielsweise:
Änderung des pH-Wertes innerhalb eines definierten Zeitfensters < zulässiger Grenzwert
Viele moderne Geräte unterstützen eine solche Bewertung über eine automatische Stabilitäts- beziehungsweise AutoRead-Funktion.
Wichtig bleibt jedoch:
Wenn die Probe selbst kontinuierlich CO₂ aufnimmt, kann ein vollständig stabiler chemischer Zustand unter Umständen gar nicht erreicht werden.
Dann muss die Probenahme verbessert werden, statt einfach länger zu warten.
Warum hilft eine zusätzliche Leitfähigkeitsmessung?
Die Leitfähigkeit liefert wichtige Informationen über den Zustand des Reinstwassers.
Sie ersetzt die pH-Messung nicht, hilft aber bei der Interpretation.
Beispielsweise kann festgestellt werden:
| Beobachtung | Mögliche Interpretation |
|---|---|
| pH driftet, Leitfähigkeit bleibt extrem niedrig | pH-Messprinzip / CO₂ / Referenzsystem prüfen |
| pH und Leitfähigkeit verändern sich gemeinsam | Probe nimmt möglicherweise Fremdstoffe auf |
| Leitfähigkeit deutlich höher als erwartet | Reinstwasserqualität beziehungsweise Probenkontamination prüfen |
Das WTW ProfiLine Cond 3310 eignet sich laut ICS auch für Reinstwassermessungen und deckt Leitfähigkeiten bis hinunter zu 0,001 µS/cm ab.
Damit kann die Leitfähigkeit als zusätzliche Prozess- beziehungsweise Plausibilitätsgröße dokumentiert werden.
Praxisbeispiel: pH-Wert driftet nach der Probenahme
In einer Wasseraufbereitungsanlage soll der pH-Wert nach einer Reinstwasserstufe kontrolliert werden.
Eine Probe wird in ein sauberes Becherglas gefüllt.
Direkt nach dem Eintauchen der Elektrode zeigt das Messgerät:
pH 6,9
Nach einer Minute:
pH 6,5
und einige Minuten später:
pH 6,1
Der Sensor wird daraufhin erneut in einem pH-7-Puffer kontrolliert.
Dort stabilisiert er sich schnell und reproduzierbar.
Auch die Elektrodenkalibrierung ist unauffällig.
Bei der weiteren Untersuchung zeigt sich:
- sehr geringe Leitfähigkeit der Probe,
- offenes Becherglas,
- lange Messdauer,
- intensives Rühren.
Die Messung wird anschließend mit einer frischen Probe wiederholt.
Die Elektrode wird vorher mehrfach mit Probenwasser gespült, die Probe nur minimal der Umgebungsluft ausgesetzt und die Messung bei reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt.
Der Verlauf wird dadurch wesentlich stabiler.
Die erste Messung war nicht zwingend durch einen defekten Sensor verursacht. Probe und Messbedingungen hatten sich während der Messung selbst verändert.
Instabile Reinstwasser-pH-Messung systematisch diagnostizieren
- Elektrode zunächst in einem frischen Kalibrierpuffer kontrollieren.
- Steilheit und Nullpunkt der Kalibrierung prüfen.
- Leitfähigkeit der Reinstwasserprobe bestimmen.
- Prüfen, ob die Elektrode für niedrige Ionenstärke geeignet ist.
- Diaphragma auf Verschmutzung beziehungsweise schlechten Elektrolytkontakt prüfen.
- Kalibrierpuffer vollständig von der Elektrode abspülen.
- Messgefäß mit Probe vorspülen.
- Frische Probe verwenden.
- Kontakt zur Umgebungsluft minimieren.
- Temperatur stabilisieren und dokumentieren.
- Starke Bewegung beziehungsweise Belüftung vermeiden.
- Messwert bis zu einem definierten Stabilitätskriterium beobachten.
- Bei anhaltenden Problemen eine Durchflussmessung prüfen.
- Bei Bedarf pH- und Leitfähigkeitsverlauf gemeinsam dokumentieren.
Empfohlener Messablauf
- pH-Messgerät mit geeigneten frischen Puffern kalibrieren.
- Kalibrierbewertung kontrollieren.
- Elektrode gründlich von Pufferresten befreien.
- Sauberes Probengefäß beziehungsweise Durchflusszelle vorbereiten.
- Elektrode und Gefäß mit einer Probeportion vorspülen.
- Spülportion verwerfen.
- Frische Messprobe entnehmen.
- Kontaktzeit zur Umgebungsluft minimieren.
- Temperatur erfassen.
- Elektrode ausreichend tief und reproduzierbar eintauchen.
- Falls erforderlich nur sanfte, konstante Bewegung verwenden.
- Messwertentwicklung beobachten.
- Erst bei ausreichender Stabilität dokumentieren.
- pH-Wert zusammen mit Temperatur und gegebenenfalls Leitfähigkeit dokumentieren.
- Bei Serienmessungen immer denselben Ablauf verwenden.
Häufige Fehler
- Automatisch pH 7 erwarten: Reale Reinstwasserproben können durch Temperatur und CO₂ deutlich andere Werte besitzen.
- Jede Drift als Sensorfehler interpretieren: Auch die Probe selbst kann sich während der Messung verändern.
- Standardelektrode ungeprüft verwenden: Nicht jede Referenz- beziehungsweise Diaphragmaausführung eignet sich gleichermaßen für sehr niedrige Leitfähigkeiten.
- Pufferreste in die Probe übertragen: Schon geringe Mengen können Reinstwasser deutlich verändern.
- Elektrode nur kurz abspülen: Rückstände hoch ionischer Lösungen können die Messung verfälschen.
- Probe lange offen stehen lassen: CO₂-Aufnahme verändert das Säure-Base-Gleichgewicht.
- Stark rühren: Dadurch kann zusätzlich Luft beziehungsweise CO₂ eingetragen werden.
- ATC als vollständige chemische Temperaturkorrektur verstehen: Die automatische Temperaturkompensation korrigiert hauptsächlich das Elektrodenverhalten.
- Viele Displaystellen mit hoher Messsicherheit gleichsetzen: Die komplette elektrochemische Messkette bestimmt die Unsicherheit.
- Bei instabilem Wert einfach immer länger warten: Wenn die Probe sich durch CO₂-Eintrag verändert, verbessert längeres Warten das Ergebnis nicht.
- Temperatur nicht dokumentieren: pH-Werte von Reinstwasser sind ohne Temperaturangabe schlechter vergleichbar.
- Leitfähigkeit ignorieren: Sie liefert wichtige Zusatzinformationen über Reinstwasserqualität und Messbedingungen.
ProfiLine pH 3310 für anspruchsvolle pH-Messungen
Ein konkretes tragbares Messgerät für pH-, mV- und Temperaturmessungen ist das WTW ProfiLine pH 3310.
Das Gerät bietet einen pH-Messbereich von:
-2,000 ... 19,999
und ermöglicht je nach Einstellung eine pH-Auflösung bis:
0,001 pH
.
Zur Unterstützung reproduzierbarer Messungen stehen unter anderem zur Verfügung:
- 1- bis 5-Punktkalibrierung,
- 22 hinterlegte Puffersätze,
- Kalibriertimer,
- CMC-Funktion zur Kontrolle des kalibrierten Messbereichs,
- integrierter Datenlogger,
- Speicher für bis zu 5.000 GLP-konforme Einträge,
- USB-Schnittstelle.
Für Reinstwasser ist jedoch besonders wichtig:
Die Genauigkeit des Messgerätes allein definiert nicht die Genauigkeit der gesamten pH-Messung.
Die verwendete Elektrode muss für die niedrige Ionenstärke und die konkrete Probenführung geeignet sein.
Zur ergänzenden Leitfähigkeitsmessung steht beispielsweise das WTW ProfiLine Cond 3310 zur Verfügung.
ICS nennt für dieses Gerät einen Leitfähigkeitsbereich von:
0,001 µS/cm ... 1000 mS/cm
und ausdrücklich die Reinstwassermessung als Anwendungsgebiet.
Weitere Informationen finden Sie beim WTW ProfiLine pH 3310, beim WTW ProfiLine Cond 3310 sowie unter pH / Leitfähigkeit / Sauerstoff / Messgeräte bei ICS Schneider.
Fazit
Die pH-Messung in Reinstwasser ist wesentlich anspruchsvoller als eine pH-Messung in normalem Prozess-, Trink- oder Abwasser.
Die geringe Ionenstärke führt zu einer sehr niedrigen Leitfähigkeit und erschwert die Ausbildung eines stabilen elektrochemischen Potentials. Insbesondere das Referenzsystem und das Flüssigkeitsübergangspotential am Diaphragma werden dadurch kritisch.
Gleichzeitig besitzt Reinstwasser praktisch keine nennenswerte Pufferreserve gegenüber kleinen Fremdstoffeinträgen. Bereits geringe Mengen Kalibrierpuffer, Referenzelektrolyt oder Kohlendioxid aus der Luft können den tatsächlichen pH-Wert verändern.
Eine wandernde Anzeige muss deshalb nicht automatisch auf eine beschädigte Elektrode hinweisen. Der Messwert kann sowohl durch elektrochemische Instabilität als auch durch eine reale Veränderung der Probe driften.
Eine geeignete Elektrode, sorgfältiges Spülen, frische Proben, geringe Luftkontaktzeit, reproduzierbare Strömungsbedingungen und eine stabile Temperatur verbessern die Messqualität deutlich.
Bei besonders anspruchsvollen Anwendungen ist eine Durchflussmesszelle gegenüber einer offenen Bechermessung häufig vorteilhaft, weil der Kontakt zur Umgebung reduziert und kontinuierlich frische Probe zugeführt wird.
Für reproduzierbare Reinstwasser-pH-Messungen gilt deshalb: eine für niedrige Ionenstärke geeignete Elektrode verwenden, Pufferkontamination konsequent vermeiden, Probenkontakt mit der Atmosphäre minimieren, Temperatur dokumentieren, ausreichend lange – aber nicht unnötig lange – stabilisieren und die Leitfähigkeit als zusätzliche Plausibilitätsgröße berücksichtigen.
FAQ: pH-Messung in Reinstwasser
Warum ist die pH-Messung in Reinstwasser so schwierig?
Reinstwasser besitzt nur sehr wenige gelöste Ionen. Dadurch ist die Leitfähigkeit gering, das Referenzpotential kann schwieriger stabilisiert werden und bereits kleinste Verunreinigungen verändern die Probe.
Warum driftet die pH-Anzeige in Reinstwasser?
Mögliche Ursachen sind ein instabiles Flüssigkeitsübergangspotential, hohe elektrische Impedanz, CO₂-Aufnahme, Temperaturänderungen oder tatsächliche Veränderungen der sehr schlecht gepufferten Probe.
Muss Reinstwasser immer pH 7 haben?
Nein. pH 7 entspricht dem Neutralpunkt von ideal reinem Wasser bei 25 °C. Temperatur und insbesondere die Aufnahme von CO₂ aus der Umgebung können bei realen Reinstwasserproben andere pH-Werte verursachen.
Warum verändert CO₂ den pH-Wert?
Kohlendioxid löst sich im Wasser und beeinflusst das Säure-Base-Gleichgewicht. Wegen der sehr geringen Pufferkapazität von Reinstwasser kann dieser Effekt schnell sichtbar werden.
Welche pH-Elektrode sollte für Reinstwasser verwendet werden?
Geeignet ist eine Elektrode, deren Referenzsystem und Diaphragma ausdrücklich für niedrige Ionenstärken beziehungsweise geringe Leitfähigkeiten geeignet sind. Die konkrete Auswahl hängt von Messbereich, Temperatur und Probenführung ab.
Kann eine normale pH-Elektrode trotzdem funktionieren?
Sie kann einen Wert liefern, muss aber nicht dieselbe Stabilität und Reproduzierbarkeit wie eine für niedrig leitfähige Medien optimierte Elektrode erreichen.
Warum sollte die Elektrode nach der Kalibrierung besonders gründlich gespült werden?
Kalibrierpuffer enthält wesentlich mehr Ionen als Reinstwasser. Schon geringe Pufferreste können eine kleine Reinstwasserprobe chemisch verändern.
Sollte Reinstwasser während der Messung gerührt werden?
Wenn Bewegung erforderlich ist, sollte sie sanft und reproduzierbar erfolgen. Starkes Rühren kann den CO₂-Eintrag erhöhen und die elektrochemischen Bedingungen am Diaphragma verändern.
Ist eine Durchflusszelle besser als ein Becherglas?
Bei sehr hochwertigem Reinstwasser kann eine geeignete Durchflussmessung Vorteile bieten, weil ständig frische Probe anliegt und der Kontakt zur Umgebungsluft reduziert wird.
Warum muss die Temperatur dokumentiert werden?
Temperatur beeinflusst sowohl die Elektrodensteigung als auch die chemischen Gleichgewichte des Wassers. pH-Werte verschiedener Temperaturen sind deshalb nicht ohne Weiteres direkt vergleichbar.
Rechnet die automatische Temperaturkompensation den pH-Wert automatisch auf 25 °C um?
Nein. Eine typische ATC korrigiert hauptsächlich die temperaturabhängige Elektrodensteigung. Die tatsächliche temperaturbedingte Veränderung der Probe wird dadurch nicht rückgängig gemacht.
Wie erkenne ich, ob die Elektrode oder die Probe das Problem verursacht?
Die Elektrode kann unmittelbar vor oder nach der Reinstwassermessung in einem geeigneten Puffer kontrolliert werden. Reagiert sie dort schnell und stabil, liegt die Ursache eher bei Probe, Probenahme oder den speziellen Messbedingungen.
Warum sollte zusätzlich die Leitfähigkeit gemessen werden?
Die Leitfähigkeit zeigt, wie ionenarm die Probe tatsächlich ist, und kann Hinweise auf Kontamination oder Veränderungen während der Probenahme geben.
Welches Messgerät bietet ICS für pH-Messungen an?
Ein konkretes Gerät ist das WTW ProfiLine pH 3310 mit pH-, mV- und Temperaturmessung, Mehrpunktkalibrierung, CMC-Funktion und integriertem Datenlogger.