pH-Elektroden (Kap. 5)

• Ionenselektive Feldeffekttransistoren => siehe Bild
• Anwendungen
  • kontinuierliche pH-Messung in der LM-Industrie, aufgrund glasfreien Konstrukton
  • Medizintechnik, aufgrund miniaturisierter Bauform

• Messung ist weniger anfällig auf elektromagnetische Störungen
• kontaktlose Steckverbindung möglich
  • Verhindert Kurzschlüsse und Korrosion
• zwischen Messgerät und dem Sensor können neben den Messdaten weitere Informationen ausgetauscht und auf dem Sensor gespeichert werden
  • vereinfachen Sensor-Identifikation
  • Stellen Rückverfolgbarkeit der MEssung scher
  • auf dem Sensor gespeicherte dynamische Daten (z.B. Kalibrationsdaten), vereinfachen den Umgang mit den Sensoren und verhindern Fehlmanipulation
• können an einen PC angeschlossen werden
• Sensor hat ein Logfile
  • Berechnung der Restlebensdauer oder nächsten Wartung
• wireless-kompatibel
• teurer
• Sensoren funktonieren meist nur dann, wenn sie an due geeigneten Messgeräte der gleichen Hersteller angeschlossen werden

Potentiometrisches Messprinzip

Messelektrode

Aufbau: Glasmembran, Ag/AgCl Messelektrode, Innenelektrolyt (1 molare KCl) 

Was passiert an der Messelektrode? H⁺ aus der Probelösung lagert sich in die äussere Grenzfläche der Glasmembran, der sogenannten Quellschicht ein. Im Inneren befindet sich eine neutrale gepufferte Lösung (pH 7) dort passiert das gleiche wie auf der aussen schicht. Die Anzahl H⁺ auf der innenseite, welche sich einlagern ist konstant. Es bildet sich eine  messbare Potenzialdifferenz zwischen innen und aussen in der Glasmembran. 

Referenzelektrode

Aufbau:  Referenzelektrode (Ag/AgCl), Referenzelektrolyt, Diaphragma

Was passiert an der Referenzelektrode? Bei der Ag/AgCl-Referenzelektrode taucht ein mit Silberchlorid beschichteter Silberdraht in eine Lösung, die Chloridionen enthält. Der potentialbestimmende Schritt ist der Übergang von Silber aus der Elektrode in Lösung.  Die Redoxreaktion dieser Halbzelle lautet:

Somit bestimmt die Silberionenaktivität das Potential der Elektrode. Damit dieses Potential konstant bleibt, muss also die Silberionenaktivität konstant gehalten werden. Wenn im Referenzelektrolyt Chloridionen vorhanden sind, so sind die Aktivitäten von Silberund Chloridionen über das über das Löslichkeitsgleichgewicht von Silberchlorid miteinander verknüpft.

Ag+ + Cl- AgCl (schwerlöslich) Löslichkeitsprodukt KL = aAg+ · aCl- = 1.7·10-10 mol2 ·l -2 aAg+ = KL / aCl-

Wie passiert am Diaphragma? Das Diaphragma ist eine durchlässige Scheidewand mit direktem Kontakt zwischen Referenzelektrolyt und Probelösung. Das Diaphragma muss eine schwierige Aufgabe lösen: Einerseits muss es die beiden Lösungen räumlich trennen, also dafür sorgen, dass sie sich nicht vermischen. Andererseits soll es einen elektrischen Kontakt zwischen den beiden Lösungen herstellen. Die Ionen des Referenzelektrolyten diffundieren unterschiedlich schnell durch das Diaphragma. Da die Wanderungsgeschwindigkeit von verschiedenen Ionensorten unterschiedlich ist, kann sich über dem Diaphragma ein elektrisches Potential aufbauen. Dieses Diffusionspotential summiert sich in der pH-Messung zu den Potentialen der beiden Elektroden