Wie messe ich den ORP-Wert?

Wie messe ich das Oxidations-Reduktions-Potential (ORP)?

Das Oxidations-Reduktions-Potential (ORP) wird durch Einsetzen eines ORP-Sensors in Wasser gemessen. Dies kann entweder ein Taschenmessgerät oder ein Messgerät mit separater Elektrode sein. Das Messgerät liest dann das elektrische Potential (Spannung) vom Sensor ab und kann eine Korrektur oder einen Versatz vornehmen, bevor der Wert gemeldet wird. Die angegebenen Werte, die positiv oder negativ sein können, werden normalerweise in Millivolt (mV) angegeben.

Aufbau eines Redoxsensors

ORP-Sensoren messen das elektrische Potential (Spannung) zwischen zwei mit Wasser in Kontakt stehenden Elektroden. Beide Elektroden sind häufig in einer einzigen Einheit enthalten, die als Kombinationselektrode bezeichnet wird. Eine Elektrode wird als Indikatorelektrode bezeichnet und besteht normalerweise aus Platin (manchmal werden auch andere Materialien wie Gold oder Graphit verwendet).

Die andere Elektrode wird als Referenzelektrode bezeichnet. Die Referenzelektrode besteht normalerweise aus Silber und Silberchlorid (Ag / AgCl-Elektroden), obwohl manchmal Elektroden aus Quecksilber und Quecksilberchlorid (sogenannte „Kalomelelektroden“) verwendet werden. Diese Elektrode enthält eine Fülllösung, die Kaliumchlorid enthält.

Elektronen aus dem Wasser interagieren mit beiden Elektroden und erzeugen eine Spannung zwischen ihnen, die vom Messgerät abgelesen wird.

Die Standard-Wasserstoffelektrode (SHE)

Die zwischen den beiden Elektroden erzeugte Spannung hängt tatsächlich vom Typ der Referenzelektrode ab. Beispielsweise wird für dasselbe Wasser bei Verwendung einer Ag / AgCl-Elektrode eine höhere Spannung abgelesen als bei Verwendung einer Kalomelelektrode [1]. Aus diesem Grund ist es manchmal nützlich, einen Redox-Messwert zu melden, der so angepasst wurde, dass er einer Standard-Referenzelektrode entspricht, die als Standard-Wasserstoffelektrode (SHE) bezeichnet wird. SHE ORP-Werte sind vergleichbar mit einer Größe namens Eh, die den theoretischen ORP der Lösung beschreibt und den gleichen Maßstab wie SHE ORP-Messungen hat.

Das SHE erfordert das Einblasen von Wasserstoffgas durch eine stark saure Lösung, daher ist es für den routinemäßigen Labor- oder Feldgebrauch nicht praktikabel. Diese Referenzelektrode erzeugt eine Spannung, die etwa 200 mV höher ist als die mit der Ag / AgCl-Elektrode erzeugte. Bei der Umwandlung eines Ag / AgCl-ORP-Werts in SHE werden der Ag / AgCl-ORP-Nummer +200 mV hinzugefügt.

Technischer Hinweis: Der tatsächliche mV-Wert, der bei der Angabe eines Redoxwertsin Bezug auf die SHE hinzugefügt wird, kann von der Konzentration der Fülllösung abhängen [1].

ORP-Standardlösungen und Kalibrierung

Da das Messgerät die Redoxspannung direkt vom Sensor abliest, ist eine Kalibrierung nicht unbedingt erforderlich. Da sich die Reaktion des Sensors mit der Zeit verschlechtern kann, ist es manchmal wünschenswert, den Sensor mit einer Standardlösung zu testen, um sicherzustellen, dass er die richtige Reaktion liefert, z. B. innerhalb von +/- 10 mV [2]. Zwei gängige ORP-Standardlösungen sind die Zobell-Lösung und die Light-Lösung. Bei 25 ° C hat die Zobell-Lösung einen ORP von ungefähr +228 mV, wenn sie mit einer Ag / AgCl-Referenzelektrode gemessen wird, und die Light-Lösung hat einen ORP von ungefähr +475 mV unter den gleichen Bedingungen [1].

Überschrift: Typische Redoxwerte (in mV) der Lösungen von Zobell und Light für die drei Arten von Referenzelektroden [1]

 CalomelAg/AgClSHE
Zobells+183+228+428
Lights+430+475+675
Technischer Hinweis: Die tatsächlichen Redoxwerte der Lösungen von Zobell und Light hängen vonder Temperatur und der Konzentration der Fülllösung ab [1,2].

Das Testen mit der Standardlösung kann auch verwendet werden, um den tatsächlich gemessenen Messwert so anzupassen, dass er dem Wert des Standards entspricht. Dies wird erreicht, indem dem tatsächlich gemessenen mV-Wert ein Offset hinzugefügt wird (der Versatz ist die Differenz zwischen dem idealen mV-Wert und dem tatsächlichen mV-Wert für den Standard). Dies kann als eine Art Kalibrierung betrachtet werden, und die meisten Messgeräte können so eingerichtet werden, dass der Versatz automatisch hinzugefügt wird.

Ein Offset kann auch in anderen Situationen angewendet werden. Beispielsweise möchten Sie möglicherweise, dass der Redoxsensor einen bestimmten mV-Wert anzeigt, wenn bestimmte chemische Bedingungen erreicht sind, wie beispielsweise eine bestimmte Kombination aus pH-Wert und Chlorkonzentration in einer Wasserdesinfektionsanwendung. Diese Technik kann verwendet werden, um ORP-Messwerte zwischen verschiedenen ORP-Sensoren konsistent zu machen, oder ein neuer Versatz kann berechnet werden, wenn eine alte Elektrode durch eine neue ersetzt wird.

Angaben über ORP-Messungen

Redox-Messungen werden am häufigsten in mV-Werten relativ zur verwendeten Referenzelektrode angegeben. Am häufigsten wird die Ag / AgCl-Referenzelektrode verwendet, daher werden Werte normalerweise basierend auf Messungen mit dieser Elektrode angegeben. Kalomelelektroden sind weniger verbreitet, da sie Quecksilber enthalten. Daher sind Kalomel-Redoxwerte relativ selten.

Manchmal werden jedoch Werte relativ zur SHE angegeben. Wie oben erläutert, sind diese Werte ungefähr 200 mV höher als die Werte für die Ag / AgCl-Elektrode.

Wenn Redoxwerte angegeben werden, sollte auch die Referenzelektrode angegeben werden, auf der die Werte basieren, um Verwechslungen zu vermeiden. Wenn Werte angezeigt werden, bei denen die Referenzelektrode nicht angegeben ist, wird normalerweise angenommen, dass sie relativ zur Ag / AgCl-Elektrode angegeben werden.

Fazit

Redox ist eine übliche, einfache und unkomplizierte Messung, die schnell anzeigt, wie oxidierend oder reduzierend ein Wasser ist. Der vom Messgerät bereitgestellte Messwert hängt vom Zustand des Sensors, dem während der Kalibrierung bereitgestellten Versatzwert und der Art der verwendeten Referenzelektrode ab. Daher muss bei der Interpretation der Ergebnisse sorgfältig vorgegangen werden. Dennoch ist ORP besonders nützlich, um entweder eine schnelle Momentaufnahme des Oxidations- / Reduktionszustands einer Lösung zu erstellen oder um ihre Änderungen über die Zeit zu überwachen.

Verweise

[1] American Public Health Association (APHA) (2005) Standard methods for examination of water and wastewater, 21st edn. APHA, AWWA, WPCF, Washington.

[2] U.S. Environmental Protection Agency (2017) Field measurement of oxidation reduction potential (ORP). SESDPROC-113-R2.