Bericht

Een teststrip wordt kort ondergedompeld, verkleurt en levert binnen enkele seconden een resultaat. Dat klinkt eenvoudig. Toch is deze methode niet voor elke taak geschikt. Wie alleen wil weten of een reinigingsoplossing zuur of alkalisch is, heeft een andere meetnauwkeurigheid nodig dan een laboratorium dat de pH-waarde van een monster moet documenteren of een proces moet controleren.

Ter beschikking staan onder andere pH-teststrips, indicatorpapieren, vloeibare zuur-base-indicatoren en elektronische pH-meters. Elke methode heeft zijn eigen meetbereik, typische foutbronnen en zinvolle toepassingsgebieden.

Deze gids helpt u de juiste methode te kiezen en pH-waarden betrouwbaarder te bepalen.

Wat geeft de pH-waarde aan?

De pH-waarde beschrijft of een waterige oplossing zuur, neutraal of alkalisch reageert.

Vereenvoudigd geldt:

• Een pH-waarde onder 7 wijst op een zure oplossing.
• Een pH-waarde van ongeveer 7 geldt bij kamertemperatuur als neutraal.
• Een pH-waarde boven 7 wijst op een alkalische of basische oplossing.

De bekende schaal van 0 tot 14 is voor veel waterige oplossingen een praktische oriëntatie. Het mag echter niet als een vaste grens worden opgevat. Onder bepaalde omstandigheden kunnen ook waarden buiten dit bereik voorkomen.

De pH-waarde is logarithmisch opgebouwd. Een verandering van één pH-eenheid komt dus overeen met geen kleine lineaire verandering. Tussen pH 3 en pH 4 is er bijvoorbeeld een tienvoudig verschil in de overeenkomstige waterstofionenactiviteit.

In de praktische meettechniek wordt de pH-waarde bepaald met behulp van gekalibreerde procedures en referentiebufferoplossingen. De Physikalisch-Technische Bundesanstalt gebruikt hiervoor primaire referentiebuffers volgens internationaal afgestemde meetmethoden.

Welke methoden zijn er voor pH-meting?

De juiste meetmethode hangt af van hoe nauwkeurig het resultaat moet zijn en onder welke omstandigheden er wordt gemeten.

Tot de meest voorkomende methoden behoren:

pH-teststroken

Ze leveren via een kleuromslag een geschat pH-bereik. De kleur wordt vergeleken met een opgedrukte vergelijkingsschaal.

Universeelindicatorpapier

Het dekt meestal een breed pH-bereik af en is geschikt voor snelle oriëntatie.

Indicatorpapier met smal meetbereik

Dit papier dekt slechts een beperkt pH-bereik, maar kan binnen dat bereik een fijnere schakeling mogelijk maken.

Vloeibare indicatoren

Bepaalde kleurstoffen veranderen van kleur binnen een karakteristiek omslagtraject. Ze worden onder andere gebruikt bij zuur-base-reacties en titraties.

Elektronische pH-meters

Een pH-meter meet het elektrische potentiaal van een elektrode en zet dit om in een pH-waarde. In de praktijk worden vaak glaselektroden gebruikt, die voor de meting met referentiebufferoplossingen gekalibreerd moeten worden.

pH-teststrips en indicatorpapier

pH-teststrips behoren tot de eenvoudigste methoden om de geschatte pH-waarde van een oplossing te bepalen.

De toepassing is snel:

1. Teststrookje kort met het monster bevochtigen.
2. Overtollige vloeistof afschudden of laten aflopen.
3. De voorgeschreven reactietijd afwachten.
4. De kleur vergelijken met de vergelijkingsschaal.

Het resultaat is meestal een visuele schatting en geen zeer nauwkeurige meetwaarde.

Voordelen van pH-teststrookjes

• snel inzetbaar,
• geen elektronisch meetapparaat nodig,
• makkelijk te transporteren,
• weinig voorbereiding,
• geschikt voor eenmalige metingen en oriënterende controles,
• geen kalibratie nodig.

Nadelen van pH-teststrookjes

• beperkte afleesnauwkeurigheid,
• subjectieve kleurwaarneming,
• moeilijke beoordeling bij gekleurde of troebele monsters,
• mogelijke beïnvloeding door sterke oxidatiemiddelen of andere reactieve bestanddelen,
• vaak alleen grove schakeringen,
• afhankelijk van correcte opslag en houdbaarheid.

Universeelindicatorpapier

Universeelindicatorpapier dekt een breed bereik af, bijvoorbeeld pH 1 tot 14. Het is zinvol wanneer de te verwachten pH-waarde nog niet bekend is.

Het brede meetbereik heeft echter een nadeel: de afzonderlijke kleurstappen liggen vaak relatief ver uit elkaar. Voor een eerste indeling is dat voldoende. Voor een nauwkeurige procescontrole meestal niet.

Indicatorpapier met smal meetbereik

Als de globale pH-waarde al bekend is, kan een nauwer meetbereik voordelig zijn.

Een papier voor bijvoorbeeld pH 4,0 tot 7,0 maakt binnen dit bereik meestal een fijnere aflezing mogelijk dan een universeelpapier van pH 1 tot 14.

De procedure kan daarom tweeledig zijn:

1. Eerst het globale gebied bepalen met universeelindicatorpapier.
2. Vervolgens nameten met een nauwkeuriger indicatorpapier.

Vloeibare pH-indicatoren

Vloeibare indicatoren zijn chemische kleurstoffen waarvan de kleur verandert afhankelijk van de pH-waarde.

Bekende voorbeelden zijn:

• fenolftaleïne,
• methyloranje,
• methylrood,
• broomthymolblauw,
• broomcresolgroen,
• lakmoes,
• Thymolblauw.

Elke indicator heeft een bepaald omslaggebied. Hij geeft daarom niet het volledige pH-bereik gelijkmatig weer.

Voorbeeld: Fenolftaleïne

Fenolftaleïne is in zure en zwak neutrale omgeving kleurloos. In alkalisch gebied ontwikkelt het een roze tot felroze kleuring.

Het is daarom niet geschikt voor nauwkeurige meting van een willekeurige pH-waarde. Het geeft eerder aan of een oplossing het karakteristieke omslaggebied heeft bereikt.

Voorbeeld: Methyloranje

Methyloranje verandert van kleur in het zure gebied. Het wordt onder andere gebruikt bij bepaalde zuur-base-titraties.

Waarvoor zijn vloeibare indicatoren geschikt?

• demonstratie van zuur-base-reacties,
• titraties,
• controle of een gedefinieerd omslagpunt is bereikt,
• kwalitatieve indeling van een oplossing,
• Opleiding en laboratoriumonderwijs.

Waar liggen de grenzen?

Een enkele indicator geeft normaal gesproken geen exacte pH-waarde. Hij geeft alleen aan of het monster zich binnen, onder of boven zijn omslaggebied bevindt.

Ook de eigenkleur van het monster kan de beoordeling bemoeilijken. Bij sterk gekleurde, troebele of fluorescerende vloeistoffen is de kleuromslag mogelijk nauwelijks waarneembaar.

pH-meter en glaselektrode

Een elektronische pH-meter is de voorkeursmethode wanneer een concrete getalswaarde nodig is.

Het apparaat bestaat gewoonlijk uit:

• een meetapparaat,
• een pH-elektrode,
• vaak een temperatuursensor,
• Kalibratie- respectievelijk bufferoplossingen.

De elektrode genereert een elektrische potentiaal afhankelijk van de waterstofionenactiviteit van het monster. Het meetapparaat verwerkt dit signaal en geeft de berekende pH-waarde weer.

Voordelen van een pH-meter

• hogere resolutie dan bij teststroken,
• numerieke meetwaarde,
• beter geschikt voor herhaalde controles,
• resultaten kunnen worden gedocumenteerd en vergeleken,
• geschikt voor procesbewaking en laboratoriumanalyse,
• afhankelijk van het apparaat automatische temperatuurcompensatie mogelijk.

Nadelen van een pH-meter

• regelmatige kalibratie nodig,
• elektrode heeft onderhoud en geschikte opslag nodig,
• hogere aanschafkosten,
• gevoelig voor verontreiniging en uitdroging,
• niet elke elektrode is geschikt voor elk monster,
• Meetfouten door verkeerde temperatuur of onvoldoende stabilisatie mogelijk.

Waarom moet een pH-meter worden gekalibreerd?

De eigenschappen van een elektrode veranderen in de loop der tijd. Afzettingen, veroudering, opslag en temperatuur kunnen het meetresultaat beïnvloeden.

Daarom wordt het apparaat gekalibreerd met bufferoplossingen van bekende pH-waarden. De PTB wijst erop dat commerciële pH-meetapparaten in de praktijk met referentiebufferoplossingen moeten worden gekalibreerd.

Voor veel toepassingen wordt ten minste een tweepuntskalibratie gebruikt. Hierbij worden twee buffers gekozen waartussen de verwachte meetwaarde ligt.

Voorbeelden:

• zuur monster: buffer pH 4 en pH 7,
• alkalisch monster: buffer pH 7 en pH 10,
• onbekend monster: eerst oriënterend meten en daarna geschikte kalibratiepunten selecteren.

De concrete kalibratiewaarden zijn afhankelijk van het apparaat, de methode en de vereiste nauwkeurigheid.

Teststroken of pH-meter: de directe vergelijking

pH-teststroken

Resultaat: ongeveer pH-bereik
Nauwkeurigheid: laag tot middel
Inspanning: zeer laag
Kalibratie: niet vereist
Kosten: laag
Geschikt voor: snelle oriëntatie en eenvoudige controles

Indicatorpapier met smal meetbereik

Resultaat: nauwer pH-bereik
Nauwkeurigheid: beter dan bij breed universeelpapier, maar nog steeds visueel
Inspanning: laag
Kalibratie: niet vereist
Kosten: laag
Geschikt voor: bekende meetbereiken en snelle vergelijkingscontroles

Vloeibare indicator

Resultaat: kleuromslag binnen een bepaald bereik
Nauwkeurigheid: afhankelijk van de indicator en het monster
Inspanning: laag tot middel
Kalibratie: niet vereist
Kosten: laag tot gemiddeld
Geschikt voor: titraties, reactiecontrole en demonstraties

pH-meter

Resultaat: numerieke meetwaarde
Nauwkeurigheid: bij correcte kalibratie aanzienlijk hoger
Inspanning: gemiddeld
Kalibratie: regelmatig vereist
Kosten: hoger
Geschikt voor: laboratorium, kwaliteitscontrole, documentatie en procesbewaking

Welke methode is geschikt voor welke toepassing?

Snelle controle van een reinigingsoplossing

Voor de snelle indeling 'zuur, neutraal of alkalisch' volstaat meestal een universeel indicatorpapier.

Als moet worden gecontroleerd of de oplossing binnen een nauwer doelgebied ligt, is een overeenkomstig afgestemd indicatorpapier zinvoller.

Controle van water

Voor een oriënterende controle kan indicatorpapier worden gebruikt.

Wie veranderingen regelmatig wil documenteren, kleine verschillen wil herkennen of een proces wil bewaken, moet een gekalibreerde pH-meter gebruiken. Bij professionele metingen in watermonsters moeten bovendien monstername, temperatuur, kalibratie en meetmoment worden meegenomen.

Bodem en substraten

Een teststrip mag niet zomaar direct op droge grond worden gedrukt. In de regel wordt eerst volgens een gedefinieerde methode een suspensie of extract bereid.

Het resultaat hangt onder andere af van:

• de verhouding tussen monster en vloeistof,
• de gebruikte vloeistof,
• de wachttijd,
• de homogenisatie,
• de temperatuur.

Wie meetwaarden wil vergelijken, moet bij elke meting dezelfde werkwijze gebruiken.

Titraties

Voor een eenvoudige zuur-base-titratie kan een geschikte kleurindicator volstaan. Beslissend is dat zijn omslaggebied overeenkomt met het verwachte equivalentiegebied van de reactie.

Bij gekleurde monsters, geautomatiseerde processen of hogere nauwkeurigheidseisen kan een potentiometrische bepaling met elektrode geschikter zijn.

Kwaliteitscontrole en productie

Zodra pH-waarden worden gedocumenteerd, tussen batches worden vergeleken of als vrijgavecriterium worden gebruikt, is een pH-meter in de regel de betere keuze.

Daarnaast moeten worden vastgelegd:

• Kalibratiefrequentie,
• toegestane bufferoplossingen,
• Meettemperatuur,
• Wachttijd tot de stabiele meetwaarde,
• Reinigingsprocedure,
• Documentatie,
• Acceptatiegrenzen.

School, opleiding en demonstratie

Voor zichtbare zuur-base-reacties zijn vloeibare indicatoren bijzonder geschikt. Universeel indicatorpapier maakt bovendien een snelle indeling van meerdere monsters mogelijk.

pH-waarde correct meten: stap voor stap

De exacte werkwijze hangt af van de gekozen methode.

Meting met pH-teststrips

1. Geschikt meetbereik selecteren

Gebruik universeel papier als het pH-bereik onbekend is.

Is de geschatte waarde bekend, kies dan een papier met een nauwer meetbereik.

2. Schoon monstervat gebruiken

Neem een kleine hoeveelheid van het monster in een schoon vat. Hierdoor wordt voorkomen dat het hele product door de teststrip wordt verontreinigd.

3. Strip correct bevochtigen

Afhankelijk van de instructies van de fabrikant wordt de strip:

• kort ondergedompeld,
• bevochtigd met een druppel,
• of met een schone glazen staaf gecontacteerd.

De toepassingsinstructies van het betreffende product hebben voorrang.

4. Reactietijd in acht nemen

Lees het resultaat niet meteen af en ook niet pas na enkele minuten. De juiste wachttijd staat in de producthandleiding.

5. Kleur bij geschikt licht vergelijken

Gebruik zo mogelijk neutraal, helder licht. Gekleurde verlichting kan de waarneming veranderen.

6. Resultaat als bereik documenteren

Een teststrook levert vaak geen exact gewaarborgde enkele waarde. Documenteer daarom bijvoorbeeld 'pH ongeveer 6–7' in plaats van 'pH 6,4' als de schaal deze nauwkeurigheid niet mogelijk maakt.

Meting met een pH-meter

1. Elektrode controleren

Controleer:

• Is de elektrode schoon?
• Is hij correct bewaard?
• Is hij uitgedroogd?
• Zijn er zichtbare beschadigingen?
• Is er voldoende elektrolyt aanwezig, indien het model bijvulbaar is?

2. Geschikte buffers voorbereiden

Kies kalibratiebuffers die het verwachte meetbereik dekken.

Verontreinigde bufferoplossingen kunnen de gehele kalibratie vervalsen. Giet gebruikte buffers daarom niet terug in de voorraadfles.

3. Apparaat kalibreren

Spoel de elektrode tussen de buffers af met geschikt water en dep hem voorzichtig droog. Sterk wrijven kan de elektrode elektrostatisch beïnvloeden of beschadigen.

4. Temperatuur in acht nemen

Buffer en monster moeten zoveel mogelijk bij vergelijkbare temperaturen worden gemeten. De temperatuur beïnvloedt zowel de elektrode als de werkelijke pH-waarde van de oplossing.

Een PTB-publicatie wijst erop dat kalibratie en de daaropvolgende pH-meting bij dezelfde temperatuur moeten worden uitgevoerd om temperatuurgerelateerde afwijkingen te verminderen.

5. Elektrode in het monster dompelen

Het gevoelige meetoppervlak moet voldoende bedekt zijn. De elektrode mag daarbij niet tegen de bodem van het vat slaan.

6. Monster voorzichtig bewegen

Zacht roeren kan helpen om een gelijkmatige meetwaarde te krijgen. Te sterk roeren kan lucht inbrengen of bij gevoelige monsters de samenstelling veranderen.

7. Wacht op een stabiele meetwaarde

Lees niet de eerste weergegeven waarde af. Wacht tot de weergave stabiliseert of het apparaat een stabiel eindpunt signaleert.

8. Elektrode reinigen en correct bewaren

Na de meting wordt de elektrode volgens de instructies van de fabrikant gespoeld en in de daarvoor bestemde bewaaroplossing bewaard.

Een klassieke glaselektrode moet normaal gesproken niet permanent in gedestilleerd of gedemineraliseerd water worden bewaard, tenzij de fabrikant anders voorschrijft.

Waarom temperatuur en kalibratie belangrijk zijn

Temperatuur wordt bij pH-meting vaak onderschat.

De temperatuur kan twee verschillende effecten veroorzaken:

1. Het elektrische gedrag van de elektrode verandert.
2. De werkelijke pH-waarde van het monster kan met de temperatuur veranderen.

Een automatische temperatuurcompensatie compenseert vooral de temperatuurafhankelijke elektrodereactie. Het betekent niet automatisch dat een bij 10 °C gemeten waarde direct gelijkgesteld kan worden aan een bij 30 °C gemeten waarde.

Referentiebuffers hebben daarom temperatuurafhankelijke streefwaarden. Voor een reproduceerbare meting moeten buffer, monster en apparaat voldoende getemperd zijn. Officiële referentiemetingen van de PTB worden in gedefinieerde temperatuurbereiken uitgevoerd.

Typische fouten bij pH-meting

Een te breed testbereik gebruiken

Wie een waarde rond pH 6 verwacht, krijgt met een testpapier van pH 1 tot 14 mogelijk slechts een grove indeling.

Een smaller meetbereik levert meestal een beter te onderscheiden kleurenschaal.

Gekleurde monsters visueel meten

Bij donkere sappen, kleurstofoplossingen of troebele suspensies kan de eigen kleur de indicator overdekken.

Een pH-meter kan hier geschikter zijn, mits de elektrode voor het monster is bedoeld.

De teststrook direct in het voorraadvat dompelen

Hierdoor kunnen indicatorstoffen of verontreinigingen in het product terechtkomen.

Het is beter om een klein monster in een aparte houder te nemen.

Vervuilde elektrode gebruiken

Oliën, eiwitten, zouten of vaste stofafzettingen kunnen de reactietijd verlengen en het resultaat verschuiven.

De reiniging moet passen bij de soort verontreiniging en de gebruikte elektrode.

Elektrode niet spoelen tussen monsters

Resten van het vorige monster veranderen de volgende meting. Dat is vooral kritisch bij sterk zure, alkalische of gebufferde oplossingen.

Kalibreren met ongeschikte of oude buffers

Geopende, verontreinigde of verkeerd opgeslagen buffers kunnen hun streefwaarde veranderen.

Let op houdbaarheid, opslagtemperatuur en fabrieksspecificaties.

Kalibratiepunten verkeerd kiezen

Wie een alkalisch monster verwacht, maar uitsluitend in het zure bereik kalibreert, werkt buiten het zinvol gedekte bereik.

De buffers moeten de verwachte meetwaarde zo veel mogelijk omsluiten.

De eerste weergavewaarde overnemen

Elektroden hebben tijd nodig om zich aan te passen aan het monster. Bij lage temperatuur, lage geleidbaarheid of een vervuilde elektrode kan het stabiliseren langer duren.

Meetresultaten met te veel decimalen opgeven

Een weergave van 7,00 betekent niet automatisch dat de gehele meetprocedure een nauwkeurigheid van ±0,01 pH bereikt.

Tot de werkelijke meetkwaliteit behoren ook:

• Kalibratie,
• Toestand van de elektrode,
• Kwaliteit van de buffers,
• temperatuur,
• Monstervoorbereiding,
• Herhaalbaarheid.

Verschillende meetmethoden direct vergelijken

Een teststripwaarde en een instrumenteel bepaalde waarde kunnen van elkaar afwijken. Dat betekent niet automatisch dat een van de resultaten fout is. Beide methoden hebben een verschillende resolutie en foutenbronnen.

Veiligheid bij het omgaan met zure en alkalische oplossingen

Een neutrale of slechts licht afwijkende pH-waarde betekent niet automatisch dat een monster ongevaarlijk is. Omgekeerd kan het gevaar van een product niet alleen uit de pH-waarde worden afgeleid.

Verdere relevante factoren zijn:

• concentratie,
• chemische samenstelling,
• oxidatiewerking,
• toxiciteit,
• temperatuur,
• reactiviteit,
• gebruikte hoeveelheid,
• mogelijke damp- of aërosolvorming.

Voor de meting van chemische producten moeten daarom het etiket en het veiligheidsinformatieblad worden gecontroleerd.

Afhankelijk van het monster kunnen nodig zijn:

• veiligheidsbril,
• geschikte beschermende handschoenen,
• labjas of beschermende kleding,
• gezichtsbescherming,
• technische ventilatie,
• geschikte monstervaten.

Onbekende oplossingen mogen niet worden geproefd, direct worden ingeademd of zonder controle worden geneutraliseerd.

Beslissingshulp voor de juiste meetmethode

Kies universeel indicatorpapier, als:

• het globale pH-bereik onbekend is,
• een snelle oriëntatie volstaat,
• geen hoge nauwkeurigheid vereist is,
• slechts af en toe wordt gemeten.

Kies indicatorpapier met nauw bereik, als:

• de verwachte pH-waarde al ongeveer bekend is,
• u binnen een bepaald bereik beter wilt onderscheiden,
• een snelle visuele controle voldoende is.

Kies een vloeibare indicator, als:

• een bepaald chemisch omslagpunt moet worden waargenomen,
• een zuur-base-titratie wordt uitgevoerd,
• de kleuromslag deel uitmaakt van een demonstratie of reactiecontrole.

Kies een pH-meter, als:

• een numerieke meetwaarde nodig is,
• resultaten worden gedocumenteerd,
• kleine veranderingen relevant zijn,
• regelmatig wordt gemeten,
• partijen of processen met elkaar worden vergeleken,
• de eigenkleur van het monster een visuele beoordeling bemoeilijkt.

Voor veel taken is een combinatie zinvol: Eerst wordt het globale bereik met testpapier bepaald. Vervolgens wordt de nauwkeurigere meting met een passend gekalibreerde pH-meter uitgevoerd.

Beslissend is niet welke methode technisch het meest ingewikkeld is. Beslissend is, welke meetkwaliteit de concrete taak vereist.

Bij ChemMarkt.de vindt u indicatorpapieren, zuur-base-indicatoren, bufferoplossingen en chemische reagentia voor laboratorium, bedrijf, opleiding en technische toepassingen.

Ontdek producten voor pH-bepaling en kies de juiste oplossing voor uw meetbereik.