pH

Der pH-Wert gibt an, ob ein Wasser oder eine Lösung sauer, alkalisch oder neutral ist.

pH-Prüfung mit Teststreifen und Testpapier

Zur einfachen Bestimmung des pH-Werts einer Probe stehen verschiedene Teststreifen und Testpapiere zur Verfügung.

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Übersicht pH-Testtreifen und Testpapiere

pH-Fix – Unübertroffene pH-Teststreifen

Seit vielen Jahren schätzen sowohl ungeübte Anwender als auch analytische Profis die Erfahrung der einfachen pH-Messung mit pH-Fix. Im Gegensatz zu herkömmlichen Indikatorpapieren sind die Indikatorfarbstoffe in pH-Fix Teststreifen chemisch an die Testfelder gebunden. Diese Technologie verhindert ein Ausbluten der Farbstoffe und damit eine Kontamination der Probe, selbst in stark alkalischen Lösungen. Durch die Fixierung bleiben die Streifen über längere Zeit in Lösung und ermöglichen eine sichere pH-Bestimmung auch in schwach gepufferten Lösungen.

PEHANON – pH-Bestimmung in gefärbten Lösungen

PEHANON-Teststreifen vereinen pH-Indikator und Referenzfarbskala auf einem Streifen. Jede Probenfarbe hat die gleiche Wirkung auf beide, die Referenzfarben und das reaktive Feld, so dass unverfälschte pH-Messung auch in farbigen Lösungen ermöglicht.

pH-Indikatorpapiere - Standard für viele Anwendungen

pH-Indikatorpapiere sind seit Jahrzehnten erhältlich und sind der Standard für viele Anwendungen. Diese Papiere zeigen für jeden pH-Wert eine einzige Farbe, die in Abständen von 0,2-1 pH-Einheiten mit der Farbskala abgeglichen werden kann. Die Indikatorpapiere werden in Kunststoffrollen geliefert, die eine langfristige Stabilität und Schutz vor vielen äußeren Einflüssen gewährleisten. Sie sind immer einsatzbereit, wenn sie gebraucht werden.

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Dokumentierte Ergebnisse mit QUANTOFIX Relax

Das Streifenlesegerät QUANTOFIX Relax liefert objektive pH-Messungen mit einer Auswahl von pH-Fix Teststreifen. Die Messdaten mit Uhrzeit, Datum und Proben-ID werden ausgedruckt, gespeichert und können an ein Informationssystem übermittelt werden. Dies ermöglicht die schnelle und zuverlässige Dokumentation von Testergebnissen, was sich insbesondere für QC-Abteilungen als nützlich erweist.

Perfekte Farbabstimmung und klares Design

Die brillante Farbskala auf der Teststreifendose ermöglicht einen exakten Vergleich mit der Farbentwicklung auf den Testfeldern.Vor allem das übersichtliche Design erhöht die intuitive und schnelle Bestimmung des pH-Wertes.

Längste Teststreifen im Vergleich

Der lange hydrophobe Kunststoffgriff schützt den Benutzer vor gefährlichen oder aggressiven Proben und ermöglicht pH-Tests in engen und tiefen Gefäßen. Besonders in der Handhabung erweist sich der lange Teststreifen als ein großer Vorteil im Vergleich zu anderen Produkten!

Patentierte Technologie verhindert Kontamination

Der Indikator ist kovalent an das Testfeld gebunden und blutet nicht in die Probe aus. Daher können die Teststreifen in der Probe verbleiben, ohne diese zu kontaminieren.

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Einfache Probenahme

Die Probenahme ist oft die größte Fehlerquelle im Analyseprozess. Im Allgemeinen besteht die beste Vorgehensweise darin, ein Teil der Probe zu entnehmen und den pH-Wert in diesem Teil zu messen. Bei der Analyse inhomogener Proben kann die Entnahme eines Teiles jedoch die Zusammensetzung der Probe verändern. In diesem Fall ist es oft besser, den Streifen direkt in die Probe zu tauchen. Achten Sie darauf, dass Sie mit dem Teststreifen keine Partikel aus der Probe entfernen. Verwenden Sie nur pH-Fix-Teststreifen, da Indikatorpapiere kleine Teile des Indikators an die Probe abgeben können.

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Allgemeine Informationen zum pH-Wert

Der pH-Wert spielt in der Chemie, der Technik und bei biologischen Prozessen eine wichtige Rolle. Viele chemische Reaktionen, insbesondere chemische Gleichgewichtsreaktionen, werden durch den pH-Wert stark beeinflusst. In vielen solchen Prozessen ist eine genaue Bestimmung und entsprechende Regelung und Einhaltung des vorgegebenen pH-Wertes erforderlich. So schreibt z. B. die EG-Richtlinie über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch einen pH-Bereich zwischen 6,5 und 9,5 vor. Um einen solchen pH-Wert zu erreichen, kann das Wasser mit handelsüblichen Chemikalien behandelt werden.
Normales Wasser hat in der Regel einen pH-Wert von etwa 6,5 bis 7,5. Häusliche Abwässer sind neutral bis leicht alkalisch, während gewerbliche Abwässer eher sauer sind, z. B. die Beizabfälle der eisenverarbeitenden Industrie.
Die Definition des pH-Wertes beruht auf der so genannten Autoprotolyse von reinem Wasser. Bei Raumtemperatur wird reines Wasser in geringem Maße in äquivalente Mengen hydratisierter Wasserstoffionen (Hydroniumionen) H₃O⁺ und Hydroxidionen OH^- gespalten (dissoziiert):

Das Produkt der Konzentrationen von H₃O⁺ und OH^- wird als "Ionenprodukt des Wassers" bezeichnet und kann als ein annähernd konstanter Wert angenommen werden:

Mit Hilfe dieses Ionenprodukts kann für jede gegebene Konzentration von H₃O⁺-Ionen (im Folgenden als H⁺ bezeichnet) oder OH^--Ionen die jeweils zugehörige unbekannte Konzentration berechnet werden. Nach Brønsted wirken Säuren als H⁺-Donatoren und Basen als H⁺-Akzeptoren. So erhöht sich beispielsweise durch die Zugabe von Säuren zum Wasser die Konzentration der H⁺-Ionen, während die der OH^--Ionen entsprechend abnimmt. Der pH-Wert wurde eingeführt, um die Notation von niedrigen Konzentrationen zu vereinfachen und einen besseren Vergleich zu ermöglichen.

Der pH-Wert ist also ein Maß für die Säure- oder Basenstärke einer wässrigen Lösung. Per Definition ist eine wässrige Lösung im pH-Bereich < 7 sauer (hohe H+-Konzentration, niedrige OH^--Konzentration) und im pH-Bereich > 7 basisch (niedrige H⁺-Konzentration, hohe OH^--Konzentration). Ein pH-Wert von 7 (der so genannte Neutralpunkt) bedeutet also, dass die Konzentration der H⁺-Ionen derjenigen bei der Dissoziation von reinem Wasser entspricht (im Gleichgewicht mit den OH^--Ionen).
Mathematisch ist der pH-Wert (lat.: potentia Hydrogenii) als negativer dekadischer Logarithmus des Zahlenwertes der H⁺-Aktivität in mol/L definiert und wird aus dem Ionenprodukt (Autoprotolyse von Wasser) von Wasser abgeleitet (in erster Näherung kann die H⁺-Ionenkonzentration [H⁺] zur Berechnung verwendet werden), so dass sich eine numerische Skala von 0 bis 14 ergibt. Der pH-Wert ist eine dimensionslose Einheit.

Starke Säuren und Basen, wie Salzsäure (HCl) oder Natriumhydroxid (NaOH), werden in Lösung (fast) vollständig dissoziiert, d. h. in ihre Ionen aufgespalten. Daher haben sie einen starken Einfluss auf die Veränderung der Konzentration von H⁺- und OH^-- Ionen, was zu einem niedrigen (0-3) oder hohen (11-14) pH-Wert führt. Schwache Säuren (z. B. Essigsäure, CH₃COOH) und Basen (z. B. Ammoniak, NH₃) werden in Wasser nicht vollständig in ihre Ionen aufgespalten und beeinflussen daher den pH-Wert in geringerem Maße.
Salze von schwachen Säuren und starken Basen (z. B. Natriumcarbonat, Na₂CO₃) oder von schwachen Basen und starken Säuren (z. B. Calciumchlorid, NaHSO₄) führen durch Hydrolyse (Reaktion mit Wasser / Aufspaltung in einzelne Ionen) ebenfalls zu pH-Verschiebungen nach oben bzw. nach unten. Wird jedoch ein Salz, wie z. B. Natriumchlorid, NaCl, in Wasser gelöst, so ändert sich der pH-Wert nicht (oder nur geringfügig), da keine neuen Wasserstoffionen H⁺ gebildet oder verbraucht werden (Natriumchlorid spaltet sich in die Ionen Na⁺ und Cl^-).
Der richtige pH-Wert ist ein wichtiger Faktor für viele Nachweisreaktionen. Die Reaktionen werden beeinträchtigt, wenn der pH-Wert nicht richtig eingestellt ist. In den meisten Fällen ist die Nachweisreaktion weniger selektiv oder läuft gar nicht ab.
Eine weitere wichtige Rolle spielt der pH-Wert bei der biologischen Abwasserreinigung. Wenn der pH-Wert von 6,0 bis 8,0 nicht richtig eingehalten wird, sterben die Bakterien ab, und die Reinigung kann nicht durchgeführt werden.
Ein zu hoher pH-Wert (über 9) über einen längeren Zeitraum im Belebungsbecken führt zu einem Anstieg des Ammoniakgehalts im Wasser. Eine Hemmung der Nitrifikation oder des Kohlenstoffabbaus kann die Folge sein. Zu hohe oder zu niedrige pH-Werte können auch zu einer Zersetzung der Flocken führen. Eine ordnungsgemäße Abtrennung von abfiltrierbaren Niederschlägen ist nicht mehr möglich.
Der pH-Wert wird vor allem in Kläranlagen durch den Eintrag von bestimmten Waschmitteln, Toilettenreinigern (WC-Steinen) oder Industrieabwässern verändert. Der pH-Wert sollte in verschiedenen Stadien des Abbaus kontrolliert werden.

Reaktionsgrundlage

pH-Indikatorfarbstoffe sind chemische Verbindungen, deren Farbwechsel vom pH-Wert abhängt. Die meisten von ihnen sind komplexe organische Moleküle. Indikatorfarbstoffe sind selbst Säuren oder Basen und somit in der Lage, Protonen abzugeben oder aufzunehmen.
Der Farbwechsel der Indikatoren erfolgt unter dem Einfluss der sich ändernden Konzentration von H+-Ionen durch Veränderung der chemischen Struktur, wobei insbesondere das Vorkommen von chinoiden Strukturen oder konjugierten Doppelbindungen von Bedeutung ist. Ein Beispiel hierfür ist der Indikatorfarbstoff Methylorange, der im pH-Bereich 3,0-4,4 einen Farbumschlag von rot nach orange-gelb zeigt.

Indikatorfarbstoffe gehören zu verschiedenen organischen Farbstoffklassen (z.B. Azofarbstoffe, Phthaleine, Sulfophthaleine, Benzeine, Triphenylmethylfarbstoffe, Nitroindikatoren usw.). Der Übergangsbereich der einzelnen Indikatoren erstreckt sich über 1,2 bis 2,5 pH-Einheiten. Jenseits dieser Grenzen ändern sich Farbton und Farbtiefe nicht weiter.
Eine spezielle Mischung aus verschiedenen Indikatorfarbstoffen zeigt bei jedem pH-Wert eine charakteristische Farbe. Mischungen von Indikatorfarbstoffen werden oft als Universalindikatoren bezeichnet, da eine Kombination von geeigneten Indikatoren große Bereiche der pH-Skala oder sogar den gesamten Bereich von 0-14 abdeckt.
Die photometrische pH-Bestimmung (VISOCOLOR und NANOCOLOR) erfolgt in Wasser mit Phenolrot, einem Triphenylmethanfarbstoff, als Indikator. Eine einfache pH-Messung ist mit pH-Indikatorstreifen (pH-Fix) möglich.
In stark sauren Medien (pH < 1) zeigt Phenolrot eine rote Farbe, bei einem pH von 1-7,3 eine gelbe Farbe, während sich der Indikator in leicht basischem Medium (über pH 7,3) violett färbt und in stark basischem Medium (pH > 14) ist Phenolrot farblos. Die einzelnen Farben sind auf die chemische Struktur zurückzuführen.

Aufbewahrung von Proben

Die Probe sollte schnell innerhalb eines Tages gemessen werden. Eine längerfristige Aufbewahrung ist nicht möglich.

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Tipps and tricks

Häufige Fehlerquellen

• Falsche Messergebnisse durch Nichtbeachtung des Einflusses der Temperatur:
  Das Ionenprodukt von Wasser ist temperaturabhängig. Der Dissoziationsgrad, d.h. der Anteil der dissoziierten Moleküle, nimmt mit der Temperatur stark zu. Alle Testpapiere und Indikatorstreifen sind auf Standardlösungen von 20 °C kalibriert.
• pH-Messungen in gefärbten Lösungen:
  pH-Messungen in gefärbten Lösungen erfordern immer eine besondere Behandlung. Theoretisch sollte die Referenzlösung entsprechend der zu untersuchenden Flüssigkeit auf die gleiche Farbe eingestellt werden. Das gleiche gilt für eine trübe Lösung. MACHEREY-NAGEL bietet mit den PEHANON-Indikatorpapieren eine besondere Form der pH-Messung in gefärbten Lösungen an, bei der die Farbvergleichsskala während der Messung den gleichen Verschiebungen und Einflüssen unterliegt wie das Vergleichsfeld. Flecken und Trübungen werden so kompensiert. Die Farbkompensation wird auch bei den kolorimetrischen VISOCOLOR-Tests durchgeführt.
• Fehlerquellen, die durch die Zusammensetzung der zu untersuchenden Lösung entstehen können:
  1. Säure-Base-Fehler
     Säure-Base-Indikatoren sind ihrer chemischen Natur nach selbst Säuren oder Basen mit mehr oder weniger ausgeprägtem Charakter. Folglich führt schon ihre Zugabe zu ungepufferten oder nur sehr schwach gepufferten Lösungen (z. B. destilliertes Wasser, neutrale Salzlösungen, Lösungen schlecht hydrolysierter Salze, sehr schwache Säuren oder Basen, sehr verdünnte Lösungen starker Säuren und Salze) zu einer gewissen Änderung des pH-Werts. Dieser Fehler wird als Säure- bzw. Basenfehler bezeichnet, je nachdem, ob der Indikator eine Säure oder eine Base ist. Diese Fehler sind keineswegs vernachlässigbar; in den schlimmsten Fällen können sie mehr als eine pH-Einheit betragen. Aus diesem Grund ist bei der Messung von pH-Werten in ungepufferten oder schwach gepufferten Lösungen Vorsicht geboten.
  2. Salzfehler
     Andere Ionen als Wasserstoffionen H+ haben ebenfalls, wenn auch geringe, Auswirkungen auf die Farbentwicklung der Indikatoren. Dies kann zu Farbunterschieden bei pH-Messungen in verschiedenen Salzlösungen führen. Dieser Effekt wird als "Salzfehler" bezeichnet. Bei einer Salzkonzentration < 0.2 mol/L kann eine entsprechende Korrektur vernachlässigt werden.
  3. Alkohol-Fehler
     Bei der Verwendung von anderen Lösungsmitteln als Wasser verändert sich die Lage des Säure-Basen-Gleichgewichts und damit auch die Indikatorkonstante. Das bedeutet, dass beim direkten Farbvergleich eines Indikators in einer wässrigen Pufferlösung mit einer Lösung, die eine geringe Menge Alkohol enthält, eine identische Farbe nicht unbedingt identische pH-Werte der beiden Flüssigkeiten bedeutet. Bei Raumtemperatur kann der Alkoholfehler bis zu 0,5 pH-Einheiten betragen (indikatorabhängig).
  4. Proteinfehler
     Proteine haben einen amphoteren Charakter und besitzen sowohl saure als auch basische Eigenschaften. Daher binden Proteine sowohl Indikatoren mit saurem als auch mit basischem Charakter, wodurch die resultierende Farbe beeinflusst wird. Daher ist die pH-Bestimmung in proteinhaltigen Lösungen oft sehr schwierig oder sogar unmöglich. Der Fehler hängt von der Art und Menge des Proteins sowie von der Art des Indikators ab.
  5. Alkaloid-Fehler
     Auch Alkaloide sind in der Lage, mit bestimmten Indikatoren Konglomerate zu bilden. Bei Vorhandensein von Alkaloiden empfiehlt es sich, Blindwertbestimmungen durchzuführen, um den Einfluss der Alkaloide auf die Messung zu kontrollieren.

Hintergrundinformationen

• Im Allgemeinen reagieren reines Wasser und neutrale Salzlösungen sehr empfindlich auf Kohlendioxid aus der Luft. Luft enthält etwa 0,03 % v/v an Kohlendioxid. Im Gleichgewicht mit der Luft absorbiert destilliertes Wasser Kohlendioxid. Daher weist destilliertes Wasser unter normalen Bedingungen keinen neutralen pH-Wert von 7 auf.
• Zur konstanten Einstellung des pH-Werts werden Pufferlösungen benötigt. Puffer sind Lösungen aus einer schwachen Säure und einem ihrer entsprechenden Salze (z. B. Essigsäure / Acetatpuffer) oder einer schwachen Base und einem ihrer entsprechenden Salze (Phosphat / Phosphorsäurepuffer). Der pH-Wert solcher Lösungen ändert sich bei Verdünnung oder auch bei Zugabe von stärkeren Säuren oder Basen in dem für sie definierten pH-Bereich wenig oder gar nicht. Dabei ist zu beachten, dass alle Pufferlösungen eine bestimmte maximale Pufferkapazität haben. Ist diese "aufgebraucht", übersteigt die zugegebene Menge die Verfügbarkeit der verbrauchten Puffermenge. Für die pH-Messung mit Indikatorpapieren ist vor allem eine ausreichende Pufferung notwendig.

Verwendung in Meerwasser

• Alle VISOCOLOR und NANOCOLOR pH-Tests sind für die Meerwasseranalyse geeignet.

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Bestes pH-Fix Produkt im Vergleich zum Mitbewerber!

Laut einer Vergleichsstudie schneiden unsere MACHEREY-NAGEL pH-Fix 0-14 Teststreifen als die Besten ab! In verschiedenen Tests lieferten unsere Streifen die zuverlässigsten pH-Werte und die besten Noten in der Benutzerfreundlichkeit im Vergleich zum Mitbewerberprodukt.
Vergleichsstudie

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