Band 77, Heft 3

Zusammenfassung Die Geschichte der Glaselektrode begann im 19. Jahrhundert mit der Entdeckung der elektrischen Leitfähigkeit von Glas. Die elektrochemischen Eigenschaften von Glaselektroden wurden eingangs des 20. Jahrhunderts entdeckt. Ihr breiter Einsatz in der Messtechnik wurde nach der Entwicklung der Elektronenröhre möglich.

Zusammenfassung Der Artikel verfolgt das Ziel einer umfassenden Abschätzung des pH-Messfehlers in der Prozessmesstechnik. Dabei wird ein experimentell-empirischer Ansatz verfolgt. Die drei Hauptfehlerquellen Kalibrierung, pH-Glaselektrode und Prozessmessstelle werden identifiziert, typische Fehlerbeiträge experimentell ermittelt bzw. abgeschätzt. Schließlich werden Beispiele für industrielle pH-Messszenarien vorgestellt und die zu erwartenden Messfehler abgeschätzt.

Zusammenfassung Bei industriellen pH-Messstellen fordern Anwender eine hohe Zuverlässigkeit und an zweiter Stelle erst eine hohe Genauigkeit, gefolgt von Temperatur- und Druckbeständigkeit. Automatische Wechselsonden, kontaktlose Steckverbindungen und “intelligente pH-Elektroden” sind typische Entwicklungen der letzten Jahre, die diese Ziele erreichen sollen. Dieser Aufsatz soll daran erinnern, dass die Temperatur einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Eigenschaften von Elektroden, Puffer- und Messlösungen sowie die Messeinrichtung hat, wodurch die Messunsicherheit beeinflusst werden kann. Die oben genannten Entwicklungsmaßnahmen berücksichtigen diesen Aspekt leider nicht oder nur unwesentlich.

Zusammenfassung Der pH-Wert ist eine wichtige Messgröße zur Charakterisierung von wässrigen Lösungen und damit auch von biologischen Systemen. Von wenigen Ausnahmen der spektroskopischen Bestimmung abgesehen, wird der pH-Wert einer Lösung potenziometrisch, durch Messen der Kettenspannung einer pH-Messkette mit Glaselektrode mit Hilfe einer geeigneten pH-Messeinrichtung bestimmt. Eine Aussage darüber, ob der gemessene pH-Wert den Ansprüchen an die jeweilige Anwendung genügt, ist nur möglich, wenn die Zuverlässigkeit des Messergebnisses durch die Angabe einer Messunsicherheit belegt werden kann. In dem Beitrag wird die Rückführungskette für die Messgröße pH-Wert beschrieben sowie einzelne Unsicherheitsbeiträge betrachtet, die der Anwender bei der Einführung und bei der Bestimmung der pH-Werte berücksichtigen sollte. Das schließt auch die technischen Parameter, die an das Produkt gestellt werden, ein.

Zusammenfassung Zahlreiche pH-Messaufgaben erfordern von der Norm abweichende Sensoren. Hierfür werden verschiedene Beispiele aufgezeigt. Neben der Herstellung von Metalloxidelektroden nach unterschiedlichen Fertigungsschritten lassen sich konventionelle pH-Glaselektroden in begrenztem Umfang miniaturisieren oder die übliche Innenfüllung gegen verschiedene Feststoffableitsysteme austauschen. Dabei ist es anzustreben, die Phasengrenzfläche zum Membranglas reversibel zu gestalten, was z. B. durch die Verwendung von Zinkoxid sowohl für kompakte als auch für Dickschicht-Glaselektroden erreicht wird. Weiterhin wird auf die Integration von pH-Sensoren in Multisensorsysteme sowie auf Maßnahmen zur Verlängerung der Einsatzdauer dieser Systeme eingegangen. Zudem wird die Bedeutung der Referenzelektrode für derartige Entwicklungen beleuchtet.

Für viele Anwendungen sind übliche pH-Sensoren nicht genügend robust — ein Problem, denn gerade hier sind exakte pH-Werte der entscheidende Faktor. Doch es gibt einen Materialverbund, der robust und sensibel zugleich ist: Emaillierter Stahl. Stahl macht den pH-Sensor unempfindlich gegen mechanischen Stress. Stahl-Email verkraftet mühelos hohe Temperaturen, Temperaturschocks, Strömungsgeschwindigkeiten oder hohen Druck. Die Emailkeramik ist ein wirksamer Schutzschild gegen chemische Angriffe. Sensoren aus diesem Material können direkt im Prozess, z. B. im Reaktionsraum oder in der Hauptstromleitung, eingesetzt werden. Solche Positionierungen gewährleisten Präzision ohne Umweg.

Stimuli-sensitive ionic hydrogels are suitable materials for the detection of pH, because they exhibit a tremendous volume phase transition in response to changes in pH. The combination of such hydrogels with a micromachined piezoresistive pressure transducer enables the assembly of a new class of pH microsensors. The hydrogel swelling behavior, the sensor properties as well as different sensor designs are discussed. In addition, the great capability of this sensor type towards its use for biomedical applications is presented. In particular, the properties of a sensor containing a HPMA/DMA/TEGDMA-hydrogel, which shows a sharp volume phase transition in the physiological pH range, are described.

Zusammenfassung Als einer der zentralen Faktoren zur Einstellung des Wachstumsoptimums von biologischen Systemen dient die Regelung des pH-Wertes. Die Erfassung dieses Parameters ist dabei an besondere Umgebungsbedingungen wie z. B. Sterilität des Gesamtsystems gekoppelt und führt zu spezifischen Lösungen für dieses Anwendungsfeld.

Zusammenfassung In diesem Beitrag werden Nanosensoren für eine verlässliche und kontinuierliche Detektion von pH-Werten vorgestellt. Diese pH-Nanosensoren werden durch kovalente Anbindung der Indikatorfarbstoffe an organische und anorganische Polymerpartikel erhalten. Zusätzlich angebundene Referenzfarbstoffe ermöglichen ein ratiometrisches und damit quantifizierbares Messen der Signaländerungen. Mögliche Anwendungen liegen in der biologischen und medizinischen Analytik, z. B. Untersuchungen von Medikamentenwirksamkeiten durch kontinuierliche pH-Wert-Messung in Krebszellen, sowie als Sensormaterialien in Mikroreaktoren und Sensor-Arrays.