Wie können die mV-Ergebnisse für den pH-Wert zur Fehlersuche verwendet werden?

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Dokument-ID TE8285

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Version 1.0

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Veröffentlichungsdatum

Veröffentlichungsdatum 29.05.2019
Frage
Wie können die mV-Ergebnisse für den pH-Wert zur Fehlersuche verwendet werden?
Zusammenfassung
mV-Fehlersuche für pH-Werte.
Antwort
Bei pH-Messungen misst die Sonde eine Potenzialdifferenz zwischen der Probe und der Referenz und zeigt diese in Millivolt-Einheiten (mV) an. Dieses Ergebnis wird dann zur Berechnung des pH-Werts der Probe entsprechend der Kalibrierungskurve verwendet.
Weitere Informationen finden Sie in folgenden Artikeln: Gibt es Informationen zur pH-Theorie? Wie funktioniert die pH-Messung mit einer Elektrode?

Die  mV-Messwerte können angezeigt werden, falls dies nicht standardmäßig eingestellt ist. Zur Fehlerbehebung stellen sie im Vergleich zur Verwendung des pH-Ergebnisses die bessere Option dar, da das pH-Ergebnis durch die Temperatur und die Kalibrierung beeinflusst ist.

Anhand der Nernst-Gleichung kann gezeigt werden, dass eine perfekte theoretische Steigung -59,16 mV/pH beträgt und zur Berechnung eines erwarteten mV-Potentials für verschiedene bekannte pH-Werte auf Puffern verwendet werden kann.

Bei Ag/AgCl-Referenzsystemen (die fast alle pH-Elektroden von Hach verwenden) wird ein pH-Wert von 7 mit einem mV-Wert von 0 mV erwartet. Anhand der theoretischen Steigung kann der erwartete mV-Wert berechnet werden. Der pH-Wert 4 ist um 3 pH niedriger als der pH-Wert 7. Daher könnte davon ausgegangen werden, dass 177 mV (59 x 3) angezeigt wird. Vom pH-Puffer 10 wird erwartet, dass er -177 mV mit demselben Argument anzeigt.

Dies ist jedoch bei analogen Elektroden anders, die keine Ag/AgCl-Referenzsysteme haben, beispielsweise bei Red Rod-Radiometerelektroden. Diese Sonden verwenden anstelle eines Ag/AgCl-Referenzsystems ein Referenzsystem mit gesättigter KCI-Lösung. Für diese Elektroden wird ein pH-Wert von 7 voraussichtlich -26 mV anzeigen. Daher hätte ein pH-Wert von 4 ein Potenzial von 151 mV, und ein pH-Wert von 10 hätte ein Potenzial von -203 mV. Bei IntelliCAL Red Rod-Elektroden (die nicht analog sind) wird jedoch ein mV-Wert angezeigt, der an den Wert angepasst wird, den Ag/AgCl-Elektroden anzeigen würden.

Man kann erwarten, dass es mV-Potenzialabweichung mit zunehmendem Alter der Sonde gibt. Daher beträgt die akzeptable Toleranz für einen gegebenen Puffer an einer beliebigen Elektrode ±30 mV. Auf diese Weise werden Kalibrierungen mit automatischer Puffer-Erkennung durchgeführt. Wenn beispielsweise bei der Kalibrierung die mV-Potenzialmessung zwischen -30 mV und +30 mV liegt, erkennt das Messgerät diesen Puffer als pH-Wert 7.

Wenn an pH 4-, pH 7- und pH 10-Puffern ein Messwert gemessen wird und die mV-Messungen aufgezeichnet werden, können mithilfe dieser Informationen viele häufige Probleme mit dem pH-Wert identifiziert werden. Nachfolgend finden Sie entsprechende Beispiele hierzu.

Beispiel 1: Bei einer Ag/AgCl-Elektrode scheint die Ergebnisanzeige träge zu sein, aber die Sonde führt eine Kalibrierung durch, und die folgenden mV-Ergebnisse wurden aufgezeichnet:
pH-Wert 4: 202 mV
pH-Wert 7: 23 mV
pH-Wert 10: -153 mV

Beachten Sie, dass alle drei Puffer einen Verschiebungswert von ca. 25 mV haben. Dies liegt innerhalb der akzeptablen Toleranz von ±30 mV, allerdings am oberen Ende. Da alle drei Puffer den gleichen Verschiebungswert aufweisen, liegt kein Steigungsproblem vor. Obwohl also die Ergebnissanzeige träge sein kann, werden wahrscheinlich genaue Werte angezeigt. Dies weist häufig darauf hin, dass sich die Sonde dem Ende ihrer Gebrauchsdauer nähert, wenn sie nicht nachfüllbar ist (über 6 Monate alt) oder wenn sie nachfüllbar ist (über ein Jahr). Wenn die Sonde nachfüllbar ist, kann der Austausch der Füllungslösung zur Beseitigung der Trägheit beitragen (Wie wird die Füllungslösung in einer nachfüllbaren pH-Sonde ausgetauscht?). Wenn die Sonde höchstens 6 Monate alt und nicht nachfüllbar ist, wurde sie wahrscheinlich falsch gelagert oder muss unter Gewährleistung ersetzt werden. (Warum ist es wichtig, die richtige Aufbewahrungslösung für eine pH-Sonde zu verwenden?, Was ist die richtige Aufbewahrungs- (und Füllungs-) Lösung für eine IntelliCAL pH-Sonde? . Warum ist es so wichtig, dass insbesondere die Intellical PHC101 ordnungsgemäß aufbewahrt wird?) Langsame Messungen können auch durch mikrobiologische Kontamination der Referenz verursacht werden, die aus einer nur gelegentlichen oder nicht ordnungsgemäßen Reinigung der Sonde, dem nicht regelmäßigen Austausch der Aufbewahrungslösung, einer falschen Lagerung der Sonde oder einer zu langen Aufbewahrung in der Probe resultiert.

Beispiel 2: Bei Verwendung einer Ag/AgCl-Elektrode schlägt die Kalibrierung fehl, und die folgenden mV-Ergebnisse werden aufgezeichnet:
pH-Wert 4: 222 mV
pH-Wert 7: 45 mV
pH-Wert 10: -133 mV

Ähnlich wie in Beispiel 1, aber weitergehender. In diesem Fall liegt der Verschiebungswert bei 45 mV und somit über der Toleranz, weshalb die Kalibrierung fehlschlägt. Die Ursachen sind die gleichen wie in Beispiel 1. Wenn die Sonde in Beispiel 1 noch einige Tage auf die gleiche Weise verwendet werden würde, käme es wahrscheinlich ebenfalls zu Kalibrierfehlern. Liegt die Ursache für die Verschiebung in einer unsachgemäßen Wartung – meist eine unsachgemäße Lagerung –, ist eine Ersatzsonde erforderlich, auch wenn die Sonde noch innerhalb des Gewährleistungszeitraums liegt. Die Gewährleistung greift nur bei Herstellungsfehlern und nicht bei Fehlern, die durch missbräuchliche Verwendung verursacht werden.

Beispiel 3: Bei Verwendung einer Ag/AgCl-Elektrode schlägt die Kalibrierung fehl, und die folgenden mV-Ergebnisse werden aufgezeichnet:
pH-Wert 4: 110 mV
pH-Wert 7: 5 mV
pH-Wert 10: -110 mV

In diesem Fall liegt das Ergebnis von Puffer 7 innerhalb der Spezifikationen, die anderen beiden Puffer weisen eine Verschiebung auf. Sie werden jedoch bemerken, dass die Verschiebungen gegenläufig sind. Der pH-Wert 4 hat einen Verschiebungswert von -77 mV und pH-Wert 10 einen Verschiebungswert von +77 mV. Wie in Beispiel 1 resultieren auch hier die Ursachen aus einer unsachgemäßen Lagerung. In diesem Beispiel wurde die Sonde wahrscheinlich in einem pH 7-Puffer aufbewahrt. Wenn ein Puffer gute Messwerte zeigt, aber sich die anderen Puffer in Richtung dieses Puffers bewegen, deutet dies auf eine Pufferspeicherung hin. Wie auch bei den anderen Beispielen gilt: Wenn die Verschiebung auf eine unsachgemäße Wartung zurückzuführen ist (am häufigsten auf eine unsachgemäße Lagerung), ist auch dann eine Ersatzsonde zu kaufen, wenn die Sonde noch im Gewährleistungszeitraum liegt. Die Gewährleistung greift nur bei Herstellungsfehlern und nicht bei Fehlern, die durch missbräuchliche Verwendung verursacht werden.

Beispiel 4: Bei Verwendung einer Ag/AgCl-Elektrode schlägt die Kalibrierung fehl, und die folgenden mV-Ergebnisse werden aufgezeichnet:
pH-Wert 4: 192 mV
pH-Wert 7: 17 mV
pH-Wert 10: -142 mV

In diesem Beispiel werden die pH 4- und pH 7-Puffer innerhalb der Toleranz mit einer Verschiebung von ca. 15 mV gemessen. Der pH 10-Puffer hat allerdings eine Verschiebung von ca. 35 mV, die außerhalb der Toleranz liegt. Dies wird wahrscheinlich durch ein Problem mit dem pH 10-Puffer verursacht. Wenn zwei Puffermessungen innerhalb des Toleranzbereichs liegen und die dritte Puffermessung nicht, ist das generell ein Anzeichen für ein Pufferproblem. Dies ist am häufigsten bei pH 10-Puffern der Fall, da sie die kürzeste Haltbarkeitsdauer der drei Puffer haben (Welche Haltbarkeit haben flüssige pH-Puffer?). Wenn alle Puffer zusammen gekauft wurden (was in der Regel der Fall ist), kann dies häufig die Ursache des Problems sein. Lose Verschlüsse, Wiederverwendung des alten Puffers (an einem anderen Tag aus der Flasche entnommen) oder kontaminierte Puffer können dieses Symptom verursachen. In diesem Beispiel wurde der pH 10-Puffer nicht erkannt. Dieses Problem kann jedoch auch dazu führen, dass die Steigung außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, wenn der Puffer mit der höchsten Verschiebung noch innerhalb der Toleranz liegt, aber im Vergleich zu den anderen Puffern immer noch viel höher ist. Dies lässt sich häufig durch einfaches Austauschen der Puffer beheben.

Beispiel 5: Bei Verwendung einer Ag/AgCl-Elektrode schlägt die Kalibrierung fehl, und die folgenden mV-Ergebnisse werden aufgezeichnet:
pH-Wert 4: 202 mV
pH-Wert 7: 10 mV
pH-Wert 10: -190 mV

In diesem Beispiel zeigen alle drei Puffer eine Verschiebung innerhalb der Toleranz, weisen aber alle unterschiedliche Verschiebungswerte auf. Dies führt zu einer fehlgeschlagenen Kalibrierung, da die Steigung außerhalb des zulässigen Bereichs liegt. Wenn die verschiedenen Puffer unterschiedliche Verschiebungswerte haben, führt dies zu Steigungen außerhalb der Toleranz. Je schlechter die Steigung (je weiter sie nicht mehr im theoretischen Bereich liegt), desto schlechter ist die Genauigkeit. Dies kann beispielsweise durch eine verschmutzte Sonde verursacht werden. In diesem Fall empfiehlt sich eine Reinigung. (Wie sollten pH- und Leitfähigkeitselektroden gereinigt werden?, Welche Reinigungshäufigkeit wird für pH-Laborelektroden empfohlen?) Eine weitere Ursache kann die falsche Lagerung der Sonde sein, z.B. in einem pH-Puffer. Sie kann den Puffer, in dem sie gelagert wurde, gut messen, aber die Messwerte der anderen Puffer verlaufen gegenläufig zu diesem Puffer.

Beispiel 6: Bei Verwendung einer Ag/AgCl-Elektrode schlägt die Kalibrierung fehl, und die folgenden mV-Ergebnisse werden aufgezeichnet:
pH-Wert 4: 5 mV
pH-Wert 7: 0 mV
pH-Wert 10: 3 mV

Wenn das gesamte Verpackungsband entfernt wurde und die Einfüllöffnung geöffnet ist (Warum ist die IntelliCAL Sonde mit einem orangefarbenen Klebeband verschlossen?, Wann sollte die Einfüllöffnung einer nachfüllbaren Elektrode offen oder mit einem Pfropfen verschlossen sein?), ist diese Sonde defekt, und es muss eine Ersatzsonde erworben werden (sofern sie nicht in diesem Zustand geliefert wurde). Siehe: Kann eine pH-Sonde, die innerhalb des Gewährleistungszeitraums beschädigt wird, im Rahmen der Gewährleistung ausgetauscht werden?



 

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