Was ist pH?
Der pH-Wert, also die Messung der Wasserstoffionenkonzentration, beschreibt den Säuregrad oder die Alkalität einer Lösung. Die pH-Messung und -Kontrolle ist ein entscheidender Faktor in einem breiten Messbereich industrieller Anwendungen – darunter die pharmazeutische Herstellung, die Lebensmittel- und Getränkeherstellung, die Milchwirtschaft und Landwirtschaft, Wasseraufbereitungsanwendungen und unzählige andere – und die pH-Kontrolle ist oft entscheidend für die Qualitätssicherung eines Produkts.
pH: Eine Einleitung
Der Begriff „pH“ – abgeleitet vom mathematischen Symbol für einen negativen Logarithmus (p) und dem chemischen Symbol für Wasserstoff (H) – steht für „Potential of Hydrogen“ (Wasserstoffpotenzial) und ist, wie bereits erwähnt, die Messung der Wasserstoffionenkonzentration in einer flüssigen Lösung. Der pH-Wert ist ein bestimmter Wert, der auf einer definierten Skala basiert, ähnlich wie die Temperatur.
Die pH-Skala ist logarithmisch – da sie umgekehrt die Konzentration von Wasserstoffionen in den Lösungen angibt – und hat einen Messbereich von 0 bis 14. Eine Lösung mit 10-8 Mol H+-Ionen pro Liter hat einen pH-Wert von 8; eine Lösung mit 10-2 Mol H+-Ionen pro Liter hat einen pH-Wert von 2 – und so weiter. Lösungen mit einem niedrigen pH-Wert (0–6) werden als sauer eingestuft, während Lösungen mit einem hohen pH-Wert (8–14) als alkalisch eingestuft werden. Der Mittelwert (7) steht für reines Wasser, das neutral ist – weder sauer noch alkalisch.
Warum ist der pH-Wert in industriellen Anwendungen wichtig?
Der pH-Wert ist eine wichtige Variable in einem breiten Messbereich industrieller Anwendungen – und da die Qualität oft von einem konstanten, optimalen pH-Wert abhängt, ist er eine Variable, die einer effektiven Überwachung und Kontrolle bedarf. Wenn der pH-Wert nicht effektiv überwacht und kontrolliert wird, können Lebensmittel ungenießbar, Getränke ungenießbar, Böden unbrauchbar und Abwässer umweltschädlich werden. Eine genaue und konsistente pH-Messung ist daher oft entscheidend für die erfolgreiche Herstellung industrieller Produkte.
Messung des pH-Werts
Da die Kenntnis des pH-Werts in einer Vielzahl von industriellen Situationen von entscheidender Bedeutung ist, ist es wichtig, die verschiedenen Messmöglichkeiten zu verstehen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, den pH-Wert zu messen, die sich in vielerlei Hinsicht unterscheiden – vor allem in ihrer Genauigkeit.
Eine Möglichkeit zur Messung des pH-Werts ist die Verwendung eines Lackmusstreifens. Ein Lackmusstreifen ist ein Papierstreifen, der mit bestimmten chemischen Pulvern behandelt wurde, die bei direktem Kontakt mit einer Lösung ihre Farbe entsprechend dem pH-Wert dieser Lösung ändern. Die kolorimetrische Methode ist jedoch nicht so genau, wie es die pH-Messung und -Kontrolle in industriellen Anwendungen erfordert.
Wenn genauere Messungen und eine kontinuierliche Prozessüberwachung und -steuerung erforderlich sind, wie dies in vielen industriellen Anwendungen der Fall ist, ist ein ausgefeilterer Ansatz erforderlich. Für hochgenaue pH-Messungen und hervorragende Überwachungs- und Steuerungsmöglichkeiten verwenden industrielle Prozessmanager und Betreiber pH-Sensoren – die allgemein als pH-Elektroden bezeichnet werden.
pH-Elektroden
pH-Elektroden sind so konstruiert, dass Wasserstoffionen in der Lösung eine selektive Barriere passieren können, die in der Regel aus Spezialglas besteht, wodurch eine messbare Spannungsdifferenz zwischen der pH-Messelektrode und der Referenzelektrode entsteht, die proportional zum pH-Wert der Lösung ist.
Bei einem pH-Wert von 7 (neutral) erzeugen die Elektroden beispielsweise eine Spannung von 0 Volt zwischen sich. Bei einem niedrigen pH-Wert (sauer) entsteht eine Spannung einer Polarität, bei einem hohen pH-Wert (alkalisch) eine Spannung der entgegengesetzten Polarität.
Die pH-Elektrode ist mit einem pH-Meter verbunden, einem hochohmigen Verstärker, der die Elektrodenspannungen genau misst und die Ergebnisse direkt in pH-Einheiten auf einem digitalen Display anzeigt.
Kontrolle des pH-Werts
Die Messung und Überwachung des pH-Werts ist zwar ein wesentlicher Aspekt vieler industrieller Prozesse, doch nützt dies wenig, wenn der Wert nicht kontrolliert werden kann. Anhand der von pH-Elektroden und pH-Messgeräten gesammelten Daten lässt sich ein effektives, automatisiertes pH-Kontrollsystem aufbauen.
Ein pH-Kontrollsystem misst den pH-Wert des Mediums und steuert die automatische Zugabe eines Neutralisationsmittels – eines sogenannten „Reagenzes“ – durch einen pH-Regler. Durch die Zugabe des geeigneten „Reagenzes” – sowie der geeigneten Menge – zu Medien, die entweder zu sauer oder zu alkalisch sind, wird der pH-Wert wieder in den gewünschten Messbereich gebracht. Wenn beispielsweise ein hoher Alkaligehalt in Prozessmedien festgestellt wird, kann ein saures Reagenz den pH-Wert wieder auf den richtigen Wert senken. Umgekehrt kann bei Feststellung eines niedrigen Alkaligehalts ein alkalisches Reagenz zugegeben werden, um den pH-Wert zu erhöhen.
pH-Regelsysteme hängen von vielen Variablen ab – wie Durchfluss, Säure- oder Basenstärke, Art der Reagenzzugabe sowie physikalischen Anforderungen und Einschränkungen. Daher sind industrielle pH-Regelsysteme sehr unterschiedlich und unterliegen den Besonderheiten jedes einzelnen Prozesssystems.
Zusammenfassung
In der industriellen Verarbeitung sind die pH-Messung und -Regelung unerlässlich, um sowohl die Produktqualität als auch das Auftreten bestimmter chemischer Reaktionen innerhalb des Verarbeitungssystems sicherzustellen. Die Anwendungen der pH-Messung sind zwar sehr unterschiedlich, eine optimale und effektive pH-Messung und -Regelung kann jedoch nur durch die richtige Auswahl der Geräte und eine geeignete Systemauslegung und -ausführung erreicht werden. Betreiber und Manager industrieller Prozesssysteme, die auf eine genaue pH-Messung und -Regelung angewiesen sind, wenden sich häufig an Omega Engineering, um nicht nur hochwertige, hochmoderne Geräte zu erhalten, sondern auch rund um die Uhr fachkundige Beratung von Omega-Ingenieuren in Anspruch zu nehmen.
„In diesem Video sehen wir uns an, was pH-Wert ist und wie er in einem industriellen Prozess überwacht und geregelt werden kann. Der pH-Wert ist ein wichtiger Faktor, der in so unterschiedlichen industriellen Anwendungen wie der pharmazeutischen Herstellung, der Herstellung von Lebensmitteln und Getränken, der Milchwirtschaft und Landwirtschaft sowie in der Wasseraufbereitung und unzähligen anderen Bereichen berücksichtigt werden muss. Dieses Video behandelt einige der Grundlagen der pH-Messung und -Kontrolle", "thumbnailUrl": "https://assets.dwyeromega.com/video-thumbnails/vs-what-is-ph.jpg", "uploadDate": "2020-12-21T13:03:01.000Z", "duration": „PT3M03S“, „contentUrl“: „https://www.dwyeromega.com/de-de/resources/what-is-ph%E2%80%9C, „embedUrl“: „https://www.youtube.com/watch?v=LGrnys-6a7M“, „interactionCount“: „1151“
