pH-Sensor: Sonde für Wasserqualität

Warum pH messen?

Der pH-Wert ist ein Maß für den Säure- oder Alkaligehalt des Wassers. Wasser mit einem pH-Wert von weniger als sieben ist sauer; Wasser mit einem pH-Wert von mehr als sieben ist alkalisch (basisch). Der pH-Wert von Wasser wird durch gelöste, pH-aktive Salze bestimmt. Wenn Sie zum Beispiel Natriumhydroxid in reinem Wasser auflösen, erhöht sich der pH-Wert, da das Hydroxid-Ion eine pH-aktive Base ist, und wenn Sie Schwefelwasserstoff in reinem Wasser auflösen, sinkt der pH-Wert, da das Wasserstoff-Ion eine pH-aktive Säure ist. Wenn Sie jedoch Natriumchlorid in Wasser auflösen, ändert sich der pH-Wert nicht, da weder Natrium noch Chlorid ein pH-aktives Ion ist.

Der pH-Wert des Wassers bestimmt die Form der gelösten, pH-aktiven Salze. Nehmen wir zum Beispiel an, dass ein Düngemittel auf Ammoniakbasis über den Abfluss von Regenfällen in einen Fluss fließt. Wenn der pH-Wert des Flusses unter neun liegt, liegt der größte Teil des Ammoniaks in Form von Ammoniak, NH3, vor. Liegt der pH-Wert des Flusses über neun, liegt der größte Teil des Ammoniaks in Form von Ammonium (NH4+) vor. Dies ist wichtig, weil Ammoniak für Biota giftig ist, während Ammonium ein Nährstoff für Biota sein kann.

Der pH-Wert bestimmt auch die Löslichkeit von Metallen im Wasser. Metalle wie Eisen und Chrom sind bei niedrigem pH-Wert besser löslich und daher für die Aufnahme durch Fische und andere Biota besser verfügbar. Bei einem hohen pH-Wert sind die Metalle weniger löslich und werden eher im Sediment gebunden als dass sie für Biota verfügbar sind.

Veränderungen in den langfristigen pH-Trends können auf die Notwendigkeit einer detaillierteren chemischen Untersuchung des Wassers und seiner Verunreinigungsquellen hinweisen.

Wie wird der pH-Wert gemessen?

Der pH-Wert wird mit einem pH-Sensor und einer Referenzelektrode gemessen. Der pH-Sensor ist ein kleiner Glaskolben, der mit einem Elektrolyten mit bekanntem pH-Wert gefüllt ist. Wenn sich der pH-Wert des Probenwassers von dem des Elektrolyten unterscheidet, wird eine Spannung über dem Glaskolben erzeugt. Diese Spannung ändert sich vorhersehbar mit dem pH-Wert des Probenwassers und wird über die Referenzelektrode gemessen. Die Referenzelektrode enthält einen Elektrolyten, der nicht durch einen Glaskolben, sondern durch ein mikroporöses Material, oft Teflon, vom Probenwasser getrennt ist. So kann der Elektrolyt mit dem Wasser in Kontakt kommen, ohne schnell durch das Wasser verdünnt zu werden.

Es gibt zwei Arten von Referenzelektroden, die in Wasserqualitätsmessgeräten verwendet werden. Die erste verwendet ein kleines Volumen eines hochviskosen, „gelierten“ Elektrolyten. Bei den Referenzelektroden mit geliertem Elektrolyt ist kein regelmäßiger Austausch des Elektrolyts erforderlich. Sie müssen jedoch etwa einmal pro Jahr oder öfter ausgetauscht werden, da der Benutzer den Elektrolyten nicht ersetzen kann.

Der zweite Typ von Referenzelektroden verwendet ein großes Volumen eines niedrigviskosen (nicht gelierten) Elektrolyten. Der daraus resultierende „fließende Übergang“ sorgt in der Regel für eine stabilere Messung als die Referenzelektroden mit geliertem Elektrolyt, insbesondere wenn der gelierte Elektrolyt altert. Die Fließelektrolyte erfordern etwa alle zwei Monate einen neuen Elektrolyten. Das Nachfüllen des Elektrolyts bedeutet jedoch, dass Sie nicht die gesamte Bezugselektrode ersetzen müssen (wie bei den Modellen mit gelierter Elektrolytlösung).

Die für die pH-Messung verwendete Referenzelektrode kann gleichzeitig Messungen mit ORP-Elektroden und ionenselektiven Elektroden (ISEs) ermöglichen.

pH-Sensoren werden normalerweise mit handelsüblichen Standards, den sogenannten pH-Puffern, kalibriert. Sie können zwischen einer Zwei- oder Dreipunkt-pH-Kalibrierung wählen. Bei der Zwei-Punkt-Kalibrierung wird ein Puffer mit einem Wert von sieben (neutral) und ein zweiter Puffer verwendet, dessen Wert in der Nähe des Wassers liegt, das Sie überwachen möchten, normalerweise ein Puffer mit einem Wert von vier (sauer) oder zehn (basisch). Wenn Sie in Gewässern messen, deren pH-Wert deutlich über und unter sieben liegen kann, können Sie Ihre Messgenauigkeit mit einer Drei-Punkt-Kalibrierung unter Verwendung von sieben, vier und zehn Puffern leicht erhöhen.