Der pH-Wert eines Wassers kann bestimmt werden durch - pH-Indikatoren - pH-Papier /-Sticks - pH-Elektrode

pH-Indikatoren / pH-Papier

pH-Indikatoren   sind   organische   Farbstoffe,   die   durch   Aufnahme   oder   Abgabe   von   Protonen (H + -Ionen)   ihre   Farbe   ändern   (schwache   Säuren   oder   Basen).   Für   pH-Indikatoren   wird   ein pH-Bereich für die Farbänderung angegeben. Beispiele: Indikator Umschlagsbereich (pH) Farbänderung      Methylorange 3,1 – 4,4 rot - gelborange Phenolphthalein 8,2 – 9,8 farblos - rot Bromkresolpurpur 5,2 – 6,8 gelb - purpur pH-Indikatoren   werden   tropfenweise   in   das   Wasser   gegeben   und   zeigen   dann   durch   ihre Farbe   den   pH-Bereich   an.   Diese   Indikatoren   werden   häufig   bei   Titrationen   zur   Bestimmung des   Endpunktes   der   Titration   verwendet   (z.B.   Säurekapazität   (Methylorange),   Basekapazität (Phenophthalein)).        Bromkresolpurpur        wird        in        der        Bakteriologie        bei        der Flüssigkeitsanreicherung von E. coli zum Nachweis der pH-Änderung genutzt.      Kornblumen und Mohn haben einen Farbstoff, dessen      Ausprägung vom pH-Wert abhängig ist. Zerreibt man      eine Mohnblüte und gibt etwas Lauge hinzu, so färbt      sich die Lösung blau. Zerreibt man eine Kornblume und      gibt etwas Säure hinzu, so färbt sich die Lösung rot.      Es sind also ein natürliche pH-Indikatoren! pH-Papier ist mit pH-Indikatoren getränkt, so dass es durch dies zur Farbänderung kommt. Für    genaue    Umschlagpunkte    verwendet    man    Mischungen    verschiedener    Indikatoren (Mischindikatoren). Die   pH-Bestimmung   mit   Indikatoren   ist   durch   den   Umschlagsbereich   nicht   sehr   genau. Zudem   handelt   es   sich   bei   den   Indikatoren   selbst   um   schwache   Säuren   oder   Basen,   die   von sich    aus    den    pH-Wert    des    Wassers    beeinflussen    können.    Deshalb    sind    auch    pH- Bestimmungen   mit   pH-Papier   oder   pH-Sticks    in   weichen   (gering   gepufferten)   Wässern   nicht genau und daher nicht sinnvoll.

Messung des pH-Wertes mit der pH-Elektrode

Der    pH-Wert    wird    mit    einer    pH-Einstabmesskette    (Glaselektrode    +    Bezugselektrode) gemessen. An   der   Glasmembran   baut   sich   eine   pH-abhängige   Potentialdifferenz   auf,   die   gegen   die Bezugselektrode gemessen wird. Ein Temperaturfühler ist entweder separat vorhanden oder integriert. Der   Zusammenhang   zwischen   dem   pH-Wert   der   Messlösung   und   der   Spannung   U   der   pH- Messkette   lässt   sich   in   einem   U/pH-Diagramm   darstellen.   Die   Steigung   (Steiheit)   der   idealen   Kennlinie bei 25 °C beträgt 59,16 mV/pH (Nernstscher Faktor) :                                           Nullpunkt :      U = 0       bei     pH = 7      Bild: Ideale Kennlinie einer pH-Messkette bei 25 °C Jede    reale     pH-Messkette    besitzt    bei    einer    konstanten   Temperatur    eine    individuelle    pH- Spannungs-Kennlinie.   Bei   einem   gegebenen   pH-Wert   gibt   die   Messkette   ein   bestimmtes Spannungssignal   an   das   Messgerät   ab.   Diese   Kennlinie   hat   die   Form   einer   Geraden   und lässt sich durch die folgende Gleichung beschreiben : U = S · (pH - 7) + UASY               U , S , UASY  = f(T) S = Steilheit UASY = Asymmetriespannung (Nullpunkt) S    und    UASY    bezeichnen    die    Abweichung    vom    Idealzustand    und    sind    individuelle Konstanten   einer   jeden   pH-Messkette.   Diese   Werte   verändern   sich   durch   Lagerung   und Gebrauch.   Bei   neuen   Elektroden   sollte   die   Steilheit   mindestens   98   %   der   theoretischen Steilheit betragen. Vor    jedem    Gebrauch    der    pH-Elektrode    müssen    diese   Abweichungen    von    der    Ideallinie kompensiert    werden,    die    pH-Elektrode    muss    mit    definierten    Pufferlösungen    kalibriert werden. Kalibrierung : In   den   Bedienungsanleitungen   für   die   unterschiedlichen   pH-Messgeräte   wird   auf   spezielle Kalibrier-Vorschriften    eingegangen.    Zum    Teil    werden    nur    noch    Einpunkt-Kalibrierungen vorgenommen. Vom    Prinzip    her    ist    für    jede    pH-Elektrode    bei    der    Kalibrierung    immer    zunächst    UASY    (Asymmetrieregler)   anzugleichen   (Nullpunkt)   und   anschließend   die   Steilheit   der   Elektrode für den vorgesehenen Arbeitsbereich - entweder basisch oder sauer - einzustellen. Die   pH-Werte   der   Kalibrier-Pufferlösungen   sind   natürlich   ebenfalls   temperaturabhängig   und gelten streng genommen nur für die angebene Temperatur, in der Regel 20 oder 25 °C ! Prinzipiell geht man wie folgt vor: - Wässerungskappe von der Elektrode abziehen - Elektrode und Temperaturfühler am Gerät anschließen (bzw. Anschluss überprüfen) - Asymmetrieeinstellung: - Elektrode und Temperaturfühler mit deion. Wasser spülen - mit Zellstoffpapier vorsichtig Wassertropfen abtupfen - beide in Pufferlösung pH 7 eintauchen - stabile Anzeige abwarten und den Soll-pH ( 7 ) einstellen - Steilheitseinstellung - Elektrode und Temperaturfühler erneut mit deion. Wasser spülen - mit Zellstoffpapier vorsichtig Wassertropfen abtupfen - beide in die Pufferlösung des Zielbereiches (z.B. entweder z.B. 4 oder 9)    eintauchen - stabile Anzeige abwarten und dann den Soll-pH einstellen Die    automatische    Temperaturkompensation    moderner    pH-Messgeräte    gleicht    nur    die gerätespezifischen Temperaturabhängigkeiten   (S,   UASY,   usw.)   annähernd   aus,   nicht    jedoch die    Temperaturabhängigkeit    des    pH-Wertes    aufgrund    der    Temperatureinflüsse    auf    die Dissoziationsgleichgewichte des Wassers und der Wasserinhaltsstoffe. Messung Probenentnahme  - möglichst wenig Luftkontakt - vor allem bei weichen Wässern - möglichst unmittelbar messen  (Temperatur ! , eventuell im Durchfluss) - sonst kühl transportieren (Ausgasungen !) Zur Durchführung der Messung : - pH-Elektrode und Temperaturfühler spülen - am besten mit Probenwasser, dann ist kein Abtupfen notwendig - sonst mit deion. Wasser und wiederum leicht abtupfen - beide in die Messlösung eintauchen und stabile pH-Anzeige abwarten Ist      kein      Temperaturfühler      angeschlossen/integriert,      so      ist      die      entsprechende Messtemperatur zur Kompensation direkt am Gerät einzustellen. Angabe der Messergebnisse:      - Für Absolutmessungen nach DIN : mindestens eine Stelle nach dem Komma   (Maximale Messgenauigkeit  absolut:   ± 0,05)    - Die Messtemperatur ist ebenfalls anzugeben. Für Relativmessungen ist auch die Angabe von zwei Dezimalstellen sinnvoll. Beispiel: pH-Wert  7,46   Messtemperatur  ϑ  =  12,3 °C

Anwendung und Bedeutung des pH-Wertes

  - Grenzwert für Trinkwasser nach TVO  :  6,5 ≤  pH ≤  9,5   - Optima für Wasseraufbereitungsverfahren (z.B. Flockung, Enteisenung, Entmanganung)   - pH-Bereiche für biologische Umsetzungen (z.B. Nitrifikation, Denitrifikation) - Nitrifikation Optimum pH 6 – 8 unter 6 geht sie sehr stark zurück - Denitrifikation Denitrifikanten Lebensbereich pH 6,2 – 10,2, Optimum pH 7 - 8   - pH-Wert der Kalk-Sättigung, ΔpH-Wert   - Korrosionschemische Beurteilung von Wässern

pH-Wert - Messung

(Definition pH-Wert unter Wasserchemie/pH-Wert)