Potentiometrie: Elektrodenarten und Analyseverfahren

Grundlagen der Messschaltung

Die Aufgabe der Messschaltung besteht darin, den elektrischen Stromkreis zu schließen. Dies geschieht durch den Übergang der Leitfähigkeit von der Messelektrode durch die Lösung zum Lesegerät, wobei die vier Komponenten einen vollständigen Stromkreis bilden.

Arten von Elektroden

1. Wasserstoff-Elektrode
2. Kalomelelektrode: Besteht aus einer Mischung von Quecksilber und Quecksilber(I)-chlorid in Kontakt mit einer Kaliumchlorid-Lösung.
3. Silberchlorid-Elektrode
4. Glaselektrode: Besteht aus bleivernickelten Anschlüssen, einem Harzstab, einer Innenelektrode und einer empfindlichen Glasmembran.
5. Kombinierte Glas- und Kalomelelektrode: Externe Kalomel-Referenz, bei der zwei verschiedene Zellen in Reihe geschaltet sind.

Methoden der potentiometrischen Analyse

Um einen Stoff mittels potentiometrischer Techniken zu analysieren (Anionen, Kationen, organische und anorganische Stoffe), muss die Arbeitselektrode im spezifischen Arbeitsbereich elektroaktiv sein.

Der Analyseprozess

1. Vorbereitung der Probe: Die Probe muss in Lösung vorliegen, obwohl es auch einige Anwendungen für den festen und gasförmigen Zustand gibt.
2. Zusatz von Leitsalz: Dies gewährleistet die elektrische Leitfähigkeit, ermöglicht die pH-Einstellung oder bildet Komplexe mit dem Analyten.
3. Wahl der Technik: Auswahl der Technik und ihrer Parameter in Abhängigkeit von der Konzentration des Stoffes.
4. Quantifizierung: Vergleich der Probenreaktion mit Referenzdaten (Benchmarks) im Vergleich zu einem Muster.

Kalibrierkurven und Quantifizierung

Die Kalibrierung der Grafiken erfolgt durch die Messung des Elektrodenpotenzials in Millivolt bei bekannten Konzentrationen. Da Elektroden logarithmisch auf Konzentrationsänderungen reagieren, werden die Daten oft in logarithmischen Skalen dargestellt. Zur Bestimmung der Konzentration in stark verdünnten Lösungen wird in der Regel die Additionsmethode verwendet, bei der Proben bekannter Konzentration hinzugefügt werden. Die Verlängerung der Kalibrierkurve bis zum Schnittpunkt mit der X-Achse gibt die Konzentration der Probe an.

Parameter der Temperaturanalyse

Die Nernst-Gleichung steht in direktem Zusammenhang mit der Temperatur und ist zu dieser direkt proportional. Wenn verschiedene Kalibrierlinien bei unterschiedlichen Temperaturen beobachtet werden, schneiden sich diese alle am selben Potenzialpunkt. Eine der grundlegenden Normen jeder Analyse ist, dass sie bei konstanter Temperatur (T) durchgeführt wird.

Störfaktoren und Wartung

Kontamination: Es gibt Stoffe, die unlösliche Ablagerungen auf der Elektrodenmembran bilden können. Partikel von Öl, Fett oder Proteine sind Beispiele hierfür. Die Reinigung erfolgt durch das Einlegen der Elektrode in eine Lösung aus Salzsäure und Salpetersäure für eine Stunde.

Alterung der Referenzelektrode: Ihre Funktion ist es, ein konstantes Potenzial (E₀) zu liefern, gegen das die Änderungen der sensitiven Elektroden gemessen werden. Die richtige Wahl des internen Elektrolyten ist hierbei sehr wichtig.

Ionenstärke und pH-Wert der Probe: Wasserstoffionen und Hydroxylionen können mit den Probenbestandteilen reagieren und so die Menge der freien Ionen reduzieren.

Interferenz: Eine Störung tritt auf, wenn eine Substanz in der Lösung das Potenzial verändert, das eigentlich durch eine selektive Elektrode gemessen werden soll.