UITGELICHT - pH Meting

De pH is een maat voor de zuurgraad (ook wel zuurtegraad) van een waterige oplossing. De pH van een neutrale waterige oplossing ligt bij kamertemperatuur rond de 7. Zure oplossingen hebben een pH lager dan 7, en dus een hoge zuurgraad. Een base of loog oplossing (ook wel alkali genoemd) heeft een pH hoger dan 7 en dus een lage zuurgraad.

Een base is de tegenhanger van een zuur. Zuren worden door basen geneutraliseerd onder vorming van een zout en water. Zwakke basen, zoals aluminiumhydroxide, kunnen gebruikt worden voor het tijdelijk neutraliseren van het menselijk maagzuur. Sterke basen zijn even gevaarlijk of nog gevaarlijker dan sterke zuren en veroorzaken ernstige lichamelijke weefselbeschadiging. Een voorbeeld van een sterke base is natronloog.

Waterstofionen
Bij pH-waarde gaat het om de waterstof, of nauwkeuriger, om de waterstofionen. De voor de pH-waarde verantwoordelijke soorten zijn oxoniumionen (H₃O⁺) resp. hydroniumionen (H₉O₄⁺). Het begrip “waterstofionen” is echter zozeer verbreid, dat het gebruikelijker is deze te gebruiken in plaats van de begrippen “oxoniumionen” of “hydroniumionen”. In water en waterige oplossingen ontstaan waterstofionen bij het uiteenvallen van zuur- of watermoleculen.

Zuiver water vervalt in waterstofionen (H⁺) en hydroxidionen (OH⁻).


pH-waarde

De cijfers voor de waterstofionen-concentratie zijn zeer onpraktisch en onoverzichtelijk. Sören Peter Lauritz Sörensen, een Deense chemicus, vereenvoudigde dit toen hij in 1909 het begrip “pH” invoerde. Hij gebruikte het negatieve briggse logaritmestelsel van waterstofionenconcentratie.

Waterstofionenconcentratie

Exponentieel weergave

pH-waarde

0, 000 000 000 001 mol/l

10⁻¹² mol/l

12

0, 000 000 1 mol/l

10⁻⁷ mol/l

7

1 mol/l

10⁰ mol/l

0

Opbouw van de pH-elektrode
De sensor voor de meting is de pH-elektrode. Die bestaat uit twee elektrochemische half-elementen, te weten de meet en de geleidende elektrode. Aan de meetelektrode bouwen waterstofionen een potentiaal op, die afhankelijk is van de pH waarde van de meetoplossing. Het potentiaal van de geleidende elektrode blijft constant en is niet afhankelijk van de pH-waarde. Het verschil tussen de beide potentialen bepaalt het elektrische signaal in de sensor en is de meetelektrodespanning.

  1. speciaal ion-gevoelig glas
  2. soms wat zilverchloride-neerslag
  3. vuloplossing (vb. 0,1 M HCl voor pH-meting of 0,1 M MeCl voor pMe-meting)
  4. inwendige elektrode (vb. zilverchloride-elektrode of kalomel-elektrode)
  5. elektrode wand (niet-geleidend glas of plastiek)
  6. referentie-elektrode (vaak dezelfde als de inwendige (4)
  7. junctie (die een zoutbrug vervangt) met gekende oplossing (uit keramiek of een capillair kanaal met asbest of kwartsvezel

De pH-glaselektrode
De glaselektrode is de meest betrouwbare sensor voor pH-meting. Het werkbereik dekt nagenoeg het totale pH-bereik. Alleen voor sterk alkalische oplossingen zijn speciale membraanglazen nodig. De glaselektrode is goed bestendig, pH-elektroden kunnen het meerdere jaren uithouden en zijn in de meeste meetmedia toepasbaar. Moderne bouwvormen zijn dermate robuust dat de veelal gevreesde breekbaarheid van het glas in de meeste toepassingen geen probleem meer vormt.

Hoe ontstaat het potentiaal aan de glaselektrode?
Het pH gevoelige element is het glas-membraan, meestal een bulb onderaan de pH-elektrode. Het membraan bestaat uit speciaal silicaatglas. Aan het oppervlakte van het glasmembraan zijn waterstofionen gebonden.

Potentiaalvorming
Het oppervlakte van het membraan is elektrisch negatief geladen. Waterstofionen dragen een positieve elektrische lading. De gebonden waterstofionen en het silicaat vereffenen hun elektrische lading onderling. Gedurende de meting wisselt het membraan waterstofionen met de meetoplossing uit, tot een balans tussen beide mediums bereikt is.


Hoge weerstand

Glas is een slechte elektrische geleider, dat wil zeggen de weerstand is zeer hoog. De elektrische lading op het membraanglas is zeer gering. Voor de meting betekent dit dat zowel de pH-meter resp. de pH-meetomvormer/-regelaar en de elektrische verbindingen een zeer hoge ingangs- resp. isolatie-weerstand (R≥10¹²Ω) moeten laten zien.

Membraanglas en uitvoering
Voor verschillende toepassingsgebieden zijn verschillende glassoorten beschikbaar.

JUMO biedt de volgende mogelijkheden:

UW-glas Lageweerstand, universeel inzetbaar
HA-/HT-glas Toepassingen boven pH 12 of hogere mediumtemperaturen (>90°C)
C-glas Fluoridebestendig glas
TT-glas Lage-temperatuur glas -30..+30°C
DS-glas Glassoort voor elektroden, die (damp) gesteriliseerd moeten worden


Referentie-elektrode
De referentie-elektrode maakt de pH-elektrode in de meetkring compleet. Deze beïnvloedt wezenlijk
de betrouwbaarheid van de meetwaarde en de benodigde onderhoudskosten. Het meest bekend is de zilver/zilverchloride elektrode (Ag/AgCI). Deze referentie-elektrode heeft zich voor de meeste toepassingen goed bewezen.

Lightbulb logo

SUCCESS STORY

pH meting in galvaniseerbaden


pH applicatie

Waar op letten

pH-meting dient ter controle van galvaniseerbaden en van ontgiftingsprocessen. In een galvaniseerbad krijgen objecten van onedelmetaal zoals zink en ijzer, een beschermend oppervlakte. Het kan hier bijvoorbeeld gaan om een koper of nikkelbeschermlaag. Een zinklaag kan fungeren als een corrosieremmer voor ijzer, zoals blijkt uit de gegalvaniseerde carrosserie van auto's. Het aanbrengen van de metaallaag gebeurt elektrolytisch in zogenaamde speciale elektrolytbaden. Enkele voorbeelden hiervan zijn:

  • Zuurkoperbad
  • Cyanidekoperbad
  • Difosfaatkoperbad
  • Nikkelbad
  • Zuurzinkbad
  • Alkalischzinkbad

Galvaniseerbaden stellen aan pH-meting, in het bijzonder aan continu pH-meting, speciale eisen. De elektrochemische pH-meting is gebaseerd op de spanningsmeting in het bereik van een honderdste tot enkele tienden van een volt, de stroom die hier vloeit is verwaarloosbaar klein. Voor een galvanische coating bevindt zich meer dan één volt in het bad en zijn er stromen tot 10 A per dm². Bij een geaarde pH-meting gaat de stroom via de referentie-elektrode. De weergave van de gemeten waarde is in dit geval afhankelijk van de spanning van het galvanisatieproces. Een andere uitdaging is de temperatuur die oploopt tot 80 ° C. Als vuistregel halveert een temperatuurstijging van 10 K de levensduur van de meetelektrode. Vooral in het bovenste temperatuurbereik zijn speciale meetelektrodes voor hoge temperaturen noodzakelijk.



Lightbulb logo

SUCCESS STORY

pH meting met smart sensoren


pH applicatie

Digitale pH meting in fermentatiebad

Smart sensoren zijn niet meer weg te denken uit de hedendaagse industriële procesomgeving. In deze korte applicatie nemen wij u mee naar Geldermalsen. De firma Hettich Benelux produceert daar klimaatapparatuur voor een groot aantal verschillende opdrachtgevers wereldwijd. Voor een grote zuivelfabriek heeft het bedrijf onlangs een fermentatiebad vervaardigd waarmee een nieuw type toetje kan worden ontwikkeld.Het belangrijkste onderdeel van het productieproces is de fermentatie.

Naast de temperatuur is de pH-waarde crusiaal in het fermentatieproces. Beide waarden zijn bepalend voor de structuur en de smaak van het eindproduct. Waar vroeger gemeten werd met conventionele pH-elektrodes is in deze testopstelling gekozen voor digitale meettechniek. Normaliter is per sensor een kabel nodig maar met digitale pH-sensoren kan een lusverbinding gemaakt worden. Zo ontstaat tussen afzonderlijke sensoren één geloopte kabel die vervolgens naar een PLC gaat. Daarnaast levert het predictive maintenance van de digitale pH-sensor aanzienlijke winst op en worden dramatische downtijden voorkomen.

Uitwisseling van de pH-sensoren verloopt een stuk sneller door de digitale techniek. Indien het pH bestanddeel verbruikt is kan de onderlinge verbinding verbroken worden en kan de elektronica met een nieuwe sensor verder gebruikt worden. Door gebruik te maken van digitale pH-meettechniek heeft Hettich ten slotte ook geen omvormers meer nodig, per sensor wel te verstaan.

 

Lightbulb logo

SUCCESS STORY

pH meting in zwembaden


pH applicatie

Waar op letten

Een pH regeleenheid in een waterzuiveringsinstallatie zorgt voor een optimale pH-waarde van ongeveer 7,2. Deze pH waarde zorgt voor een economische werking van de installatie. Aanpassing wordt gedaan door het gecontroleerd toevoegen van zuur of loog. De meetinstallatie bevindt zich veelal bij het filter. Meten direct in het bassin is ook een mogelijkheid.


De pH-elektrode wordt nauwelijks blootgesteld aan vervuiling in het zwembadwater. De beste resultaten verkrijgt men door het inzetten van meetelektrodes met elektrolytoplossing (eventueel wat ingedikt) en keramisch membraan. 

Success story - product specificaties
JUMO digiLine
JUMO digiLine Intelligente elektronica met digitale interface of analoge uitgang voor pH/ORP/T
  • Storingsvrije digitale gegevensoverdracht met optimale procesbewaking
  • Hergebruik van de JUMO digiline elektronica bij sleet van de elektrode
  • Veilige en gemakkelijke kalibratie in het lab
JUMO tecLine pH
JUMO tecLine pH Insteek elektrode
  • Proces-/industriële toepassingen
  • In verschillende inbouwlengtes verkrijgbaar
  • Extra integreerbare temperatuurvoeler

JUMO dTRANS pH 02
JUMO dTRANS pH 02 Meetomvormer / regelaar voor pH, Redox, ammoniak, eenheidssignalen en temperatuur
  • Instelbare display weergave: grote cijfers, bargraph of trendaanwijzing
  • Geïntegreerde 1-, 2-,3-punts kalibratie
  • Eenvoudig te programmeren via set-up programma

Wilt u meer informatie of alvast een afspraak inplannen voor jouw toepassing? Neem dan contact met ons op!

Chat logo

Door het plaatsen van mijn aanvraag ga ik akkoord met registratie van mijn gegevens. Ik kan op ieder gewenst moment de registratie van mijn gegevens herroepen.*
JUMO Meet- en Regeltechniek B.V. mag mijn gegevens zoals deze hier zijn ingevuld, opslaan en contact met mij opnemen voor aanvullende informatie.*
Ik heb kennisgenomen van de privacy wetgeving en ga akkoord met de voorwaarden.*
Met uw aanvraag geeft u ons de opdracht deze naar wens uit te voeren. Uw gegevens worden in deze context opgeslagen. Om uw aanvraag naar wens te verwerken is het noodzakelijk alle verplichte invulvelden (aangegeven met een *) in te voeren. Wij gebruiken uw gegevens als onderdeel van onze bedrijfsvoering. Uw gegevens zullen wij niet verstrekken aan derde partijen. Wij behouden het recht gegevens anoniem te evalueren. Voor meer informatie verwijzen wij u naar ons privacy beleid.