pH-sensor: Waterkwaliteitsonde

Waarom pH meten?

pH is een maat voor de zuurgraad of alkaliteit van water. Water met een pH lager dan zeven is zuur; water met een pH hoger dan zeven is alkalisch (basisch). De pH van water wordt bepaald door opgeloste, pH-actieve zouten. Bijvoorbeeld, het oplossen van natriumhydroxide in zuiver water zal de pH verhogen omdat het hydroxide-ion een pH-actieve base is, en het oplossen van waterstofsulfide in zuiver water zal de pH verlagen omdat het waterstofion een pH-actief zuur is. Als je echter natriumchloride in water oplost, verandert de pH niet omdat natrium noch chloride een pH-actief ion is.

De pH van water bepaalt de vorm van opgeloste, pH-actieve zouten. Stel bijvoorbeeld dat een meststof op basis van ammoniak in een rivier terechtkomt via afspoeling van regen. Als de pH van de rivier lager is dan negen, zal het grootste deel van de aanwezige ammoniak aanwezig zijn in de vorm van ammoniak, NH3. Als de pH-waarde van de rivier boven de negen ligt, is de meeste ammoniak aanwezig in de vorm van ammonium, NH4+. Dit is belangrijk omdat ammoniak giftig is voor biota, terwijl ammonium een voedingsstof kan zijn voor biota.

De pH bepaalt ook de oplosbaarheid van metalen in het water. Metalen zoals ijzer en chroom zijn beter oplosbaar bij een lage pH en dus beter beschikbaar voor opname door vissen en andere biota. Bij een hoge pH zijn de metalen minder oplosbaar en is de kans groter dat ze worden gebonden aan sediment dan dat ze beschikbaar zijn voor biota.

Veranderingen in de pH-trends op lange termijn kunnen erop wijzen dat er meer gedetailleerd chemisch onderzoek naar het water en de verontreinigingsbronnen nodig is.

Hoe wordt pH gemeten?

pH wordt gemeten met een pH-sensor en referentie-elektrode. De pH-sensor is een kleine glazen bol gevuld met een elektrolyt van bekende pH. Als de pH van het water verschilt van die van de elektrolyt, ontstaat er een spanning over de glazen bol. Die spanning verandert voorspelbaar met de pH van het watermonster en wordt gemeten via de referentie-elektrode. De referentie-elektrode bevat een elektrolyt dat van het monsterwater is gescheiden, niet door een glazen bol, maar door een microporeus materiaal, vaak teflon, waardoor de elektrolyt in contact kan komen met het water zonder snel door het water te worden verdund.

Er zijn twee soorten referentie-elektroden in waterkwaliteitsinstrumenten. De eerste maakt gebruik van een klein volume “gegeleerd” elektrolyt met een hoge viscositeit. Bij de referentie-elektroden met gelvormig elektrolyt hoeft het elektrolyt niet periodiek vervangen te worden. Ze moeten echter ongeveer één keer per jaar of vaker worden vervangen omdat de gebruiker de elektrolyt niet kan vervangen.

Het tweede type referentie-elektrode gebruikt een groot volume elektrolyt met een lage viscositeit (niet gegeleerd). De resulterende “vloeiende verbinding” zorgt doorgaans voor een stabielere meting dan referentie-elektroden met gelelektrolyt, vooral als de gelelektrolyt veroudert. Voor de flowing-junction elektroden is ongeveer om de twee maanden nieuw elektrolyt nodig. Het bijvullen van de elektrolyt betekent echter dat u niet de hele referentie-elektrode hoeft te vervangen (zoals bij de modellen met gelelektrolyt).

De referentie-elektrode die wordt gebruikt voor pH-meting kan tegelijkertijd metingen met ORP-elektroden en ion-selectieve elektroden (ISE’s) vergemakkelijken.

pH-sensoren worden gewoonlijk gekalibreerd met in de handel verkrijgbare standaarden, pH-buffers genaamd. U kunt kiezen voor tweepunts- of driepunts pH-ijking. Tweepunts kalibraties gebruiken een zeven (neutraal) buffer en een tweede buffer waarvan de waarde in de buurt ligt van die van het water dat u van plan bent te bewaken, normaal gesproken een vier buffer (zuur) of een tien buffer (basisch). Als u meet in water waarvan de pH-waarde aanzienlijk boven en onder zeven kan liggen, kunt u de meetnauwkeurigheid iets verhogen met een driepuntskalibratie waarbij buffers van zeven, vier en tien worden gebruikt.