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Messparameter

Redoxpotential messen

Veröffentlicht von Stefan Langner am 22.11.2017 11:26:00

Die nachfuellbare Redoxpotentialelektrode HI3131BÄhnlich, wie Azidität oder Alkalität einer wässrigen Lösung mittels pH-Messung quantifizieren kann, kann man sie mit einer Messung des Redoxpotentials als oxidierend oder reduzierend charakterisieren.

Das Grundlegende

Die heutige Definition von Oxidation und Reduktion lautet:

  • Oxidation ist die Abgabe von Elektronen,
  • Reduktion die Aufnahme von Elektronen.

Atome, Ionen oder Moleküle können in der Regel nur dann Elektronen aufnehmen, wenn es weitere Atome, Ionen oder Moleküle gibt, die diese abgeben. Daher ist jede Oxidation mit einer Reduktion gekoppelt und umgekehrt jede Reduktion mit einer Oxidation. Beide finden gleichzeitig statt, man bezeichnet sie als Reduktions-Oxidations- oder kurz Redoxreaktionen. Ein Mittel, das bei solche einer Reaktion oxidierend wirkt (Oxidationsmittel) nimmt Elektronen auf, ein reduzierend wirkendes (Reduktionsmittel) gibt Elektronen ab. Das heißt, Oxidationsmittel werden selbst reduziert und Reduktionsmittel selbst oxidiert.

Wenn eine oxidierend oder reduzierend wirkende Substanz zu einer wässrigen Probe hinzugefügt wird, kann sie mit weiteren Bestandteilen reagieren und eine Spannung, oder elektromotorische Kraft, erzeugen, die in Relation zum Verhältnis von oxidierten zu reduzierten Stoffen in der Probe steht. Zwischen dieser Lösung und einem inerten Metallsensor der in die Lösung getaucht wird kann ein Elektronenaustausch stattfinden. Das bedeutet, dass im Vergleich zu einer Referenzelektrode mithilfe eines pH/mV-Messgeräts eine Spannung gemessen werden kann. Dies ist das Redoxpotential, es wird in mV angegeben.

Die Messung des Redoxpotentials ist in der chemischen Wasseranalytik weit verbreitet. Mit seiner Hilfe wird Oberflächenwasser, Trinkwasser und auch Abwasser charakterisiert. Eine besonders wichtige Anwendung ist die Bestimmung des Redoxpotentials im Zusammenhang mit der Schwimmbadhygiene. Hier hat dieser Wert nämlich entscheidenden Einfluss auf die Leistung der Chlordesinfektion, wie unser Anwendungsbeispiel beschriebt.

Positive Spannung = oxidierend, negative Spannung = reduzierend – nicht immer

Die gemessene Spannung kann sowohl positiv sein, was auf eine oxidierende Lösung hinweist, oder negativ, was auf reduzierende Eigenschaften schließen lässt. Allerdings muss bemerkt werden, dass bei einer gemessenen Spannung von 0 mV tatsächlich eine oxidierende Lösung vorliegt. Dies liegt daran, dass die Referenzelektrode selbst bei einem Potential von ca. 210 mV (für das System Ag/AgCl mit KCl-Elektrolyt, exakter Wert von Temperatur und Konzentration des KCl-Elektrolyten abhängig) liegt. Eine absolute Skala benutzt die sogenannte Normalwasserstoffelektrode als Referenz, die ein Standardpotential von 0 mV aufweist. Somit ergibt sich das Redoxpotential gegen die Wasserstoffelektrode (UH) aus der gemessenen Wert (UMess) zuzüglich dem Potential der Ag/AgCl-Referenzelektrode (URef, 210 mV, s.o.):

UH = UMess + URef

Der Sensor muss inert sein

Ein Redoxpotentialsensor muss chemisch inert sein, d.h., er darf selbst nicht mit der Lösung reagieren, also weder oxidiert noch reduziert werden. Auch muss er die richtigen Oberflächeneigenschaften haben, um einen schnellen Elektronenaustausch zu unterstützen. Zwei Edelmetalle erweisen sich als besonders für diesen Zweck geeignet, Gold und Platin und beide werden auch für die Herstellung von Redoxpotentialsensoren verwendet.

Gold und Platin sind geeignet

Platinsensoren werden bevorzugt verwendet, da sie einfacher herzustellen sind. Da Platin und Glas den gleichen Ausdehnungskoeffizienten haben, kann ein Platindraht einfach ins Elektrodenglas eingeschweißt werden. Anders sieht es bei Gold aus. Hier muss der Draht mit Kunststoffträgern in den Glas- oder Kunststoffkorpus eingebracht und mit winzigen Elastomerstöpseln abgedichtet werden.

Mehrere Bauarten von Hanna Instruments verfügbar

Üblicherweise werden Redoxpotentialelektroden als kombinierte Elektroden (Einstabmessketten) ausgeführt, d.h. Redox-Sensor und Referenz sind in einem Korpus vereinigt. Beide Signale werden durch den Elektrodenkorpus über ein Kabel mit BNC-Anschluss zu einem kompatiblen Messgerät – in der Regel einem pH-Meter mit mV-Messbereich geführt. Redoxelektroden werden allerdings auch als sogenannte Halbzellen gebaut, hierbei sind der Redoxsensor und die Referenz in separaten Elektrodenkörpern untergebracht. Hanna Instruments bietet beide Bauformen, wobei kombinierte Elektroden mit Platin- und Goldpin verfügbar sind. Halbzellen sind mit Platin- und Silberpin verfügbar, wobei letztere ein Sondermodell für die argentometrische Titration ist. 

Platinsensoren haben im Vergleich zu Gold eine höhere Austauschstromdichte was insbesondere bei schwachen Redoxsystemen von großen Vorteil ist. Goldsensoren sind gegenüber sehr starken Oxidationsmitteln viel beständiger als Pt, weisen aber in stark cyanid- und halogenidhaltigen Lösungen eine stärkere Korrosion auf.

Tipps & Tricks zur Redoxpotentialmessung

Da die Thematik nicht ganz einfach ist, haben wir zwei weitere beiträge mit Tipps und Tricks zur Redoxpotentialmessung zusammengestellt. Dererste Teil fokussiert auf die Vorbehandlung von Redox-Elektroden für eine kürzere Ansprechzeit:

Teil 1 der Tipps & Tricks zur Redoxpotentialmessung lesen

Der zweite Artikel dreht sich um weitere praktische Themen, wie die Elektrodenpflege:

Teil 2 der Tipps & Tricks zur Redoxpotentialmessung lesen

Themen: Redoxpotential

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