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2026-02-27T09:15:15Z

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[[Datei:Zilverchloridereferentie- en PH-glaselektrode dichtbij.jpg|mini|Einstabmesskette (rechts)]]
[[Datei:Glaselektrode Schematischer Aufbau.svg|mini|Schematischer Aufbau einer Einstabmesskette]]
Die '''Glaselektrode''' ist die häufigste Variante einer [[pH-Elektrode]] und wird eingesetzt zur [[pH-Wert-Messung]], d. h. zur Bestimmung der [[Aktivität (Chemie)|Aktivität]] der [[Proton (Chemie)|Wasserstoffionen]].

Die Glas[[elektrode]] ist in der täglichen [[Labor]]<nowiki></nowiki>praxis geeigneter als die [[Wasserstoffelektrode]], außerdem basieren auf ihr alle [[Normung|genormten]] Verfahren. Das [[Elektrisches Potential|Potential]], das sich an einer Glaselektrode einstellt, hängt ab von der Wasserstoff[[ion]]en<nowiki></nowiki>aktivität und folgt in einem idealen System der [[Nernst-Gleichung]]. In der Laborpraxis liegt ein solches System allerdings nicht vor, sodass die Glaselektrode mit [[Puffer (Chemie)|Pufferlösungen]], deren [[pH-Wert]]e bekannt sind, [[Kalibrierung|kalibriert]] werden muss, um einen Zusammenhang zwischen der gemessenen [[Elektrische Spannung|Spannung]] und dem pH-Wert der Probenlösung herzustellen. Um die [[Messabweichung]] zu minimieren, sollte der erwartete pH-Wert der Probenlösung dabei zwischen den pH-Werten der verwendeten Pufferlösungen liegen.

Prinzipiell sind zur pH-Messung zwei Elektroden notwendig, die [[Bezugselektrode]] und die Glaselektrode selbst. Meistens wird jedoch eine Bauform gewählt, bei der beide Elektroden in einer [[Einstabmesskette]] vereint sind. Da die [[Temperatur]] ein wichtiger Parameter für die pH-Wert-Messung ist, ist in die Einstabmesskette oftmals auch ein [[Temperatursensor]] integriert. Entsprechende Elektroden werden oftmals als 3-in-1-Elektroden bezeichnet.

== Die kombinierte Glaselektrode ==
Die Einstabmesskette ist aufgebaut aus einem inneren Rohr und einem äußeren Mantel. Die gesamte Einstabmesskette wird in die zu messende Lösung getaucht, so dass diese Mantel und Rohr von außen umgibt (in der Abb. nicht dargestellt).

Der äußere Mantel dient als Referenzelektrode ([[Silber-Silberchlorid-Elektrode]]) und besteht aus einem [[Silber]]draht, [[Silberchlorid]] und einer [[Elektrolyt]][[Lösung (Chemie)|lösung]] (meist [[Kaliumchlorid]], KCl). Die äußere Referenzelektrode steht über ein [[Diaphragma (Elektrochemie)|Diaphragma]] (meist [[Platinschwamm]] oder [[porös]]e [[Keramik]]) in elektrischem Kontakt mit der Messlösung, wobei das Diaphragma Stoffaustausch mit der Messlösung weitgehend unterbindet, um das Potential der Referenzelektrode nicht durch Fremdionen zu verändern.

Das innere Rohr dient als Messelektrode ("Messstab") und besteht aus Silberdraht, Silberchlorid und Kaliumchloridlösung, die zusätzlich noch einen auf pH 7 eingestellten Puffer ([[Phosphatpuffer]]) enthält. Die Messelektrode steht durch eine sehr dünne [[Glas]][[membran]] (≈ 50 [[µm]]) in leitender Verbindung mit der Messlösung, an der das zur pH-Messung verwendete Potential entsteht.

Daraus ergibt sich die [[elektrochemie|elektrochemische]] Reihe:

Ag | AgCl | KCl-Lösung || Glasmembran || Messlösung || Diaphragma || KCl-Lösung | AgCl | Ag

Vereinfacht entsteht das Potential der Glaselektrode wie folgt:

Die [[Natrium]]- und [[Lithium]]<nowiki></nowiki>ionen in der Glasmembran sind relativ frei beweglich, für Wasserstoffionen ist die Membran aber undurchlässig. Dennoch können die Wasserstoffionen Gitterplätze an den [[Sauerstoff]][[anion]]en der [[Unterkühlung (Thermodynamik)|unterkühlten]] [[Silikat]][[schmelze]] einnehmen (siehe Chemischer Aufbau von Glas), da diese bei Kontakt mit der [[wässrige Lösung|wässrigen Lösung]] an der Oberfläche beginnt [[Quellung|aufzuquellen]].
* Ein niedriger pH-Wert der Messlösung hat zur Folge, dass die Wasserstoffionen die Gitterplätze bevölkern, und Natrium- und Lithiumionen in die Membran „zurückdrängen“. Da diese in der Membran frei beweglich sind, werden sie tendenziell auf die Innenseite der Membran verschoben, die gemessene [[Potentialdifferenz]] entsteht.
* Bei einem hohen pH-Wert überwiegt die Wasserstoffionenkonzentration im Inneren des Messstabes, der beschriebene Prozess läuft in anderer Richtung ab, das Potential entsteht mit anderem Vorzeichen.
Was eigentlich passiert ist ein einfacher Vergleich des Potentials der inneren Quellschicht (Pufferlösung pH 7) mit der äußeren Quellschicht der Glasmembran (Messlösung). Dazu benutzt man auf beiden Seiten zweckmäßiger Weise gleichartige Ableitelektroden (Bezugselektroden) zum nassen Abgriff, weil die Quellschichten der Glasmembran nicht direkt kontaktiert werden können. Die Potentiale der gleichartigen Ableitelektroden heben einander auf, übrig bleibt der Potentialunterschied zwischen innerer und äußerer Quellschicht der Glasmembran. Der Potentialunterschied folgt natürlich der Nernst-Gleichung.

== Bauteile ==
Glaselektroden bestehen aus drei wesentlichen Bauteilen:
* der Glasmembran
* dem Innenpuffer
* der Messelektrode.

=== Glasmembran ===
Während der Innenpuffer und die Messelektrode universell einsetzbar sind, müssen Form und Eigenschaft der Glasmembran entsprechend dem jeweiligen [[Analysenprobe|Proben]]<nowiki></nowiki>typ gewählt werden. Wichtige Kriterien sind:
* die Konsistenz
* das Volumen und
* die Temperatur der Probe,
* der erwartete [[Messbereich]]
* die [[Konzentration (Chemie)|Konzentration]] der [[Ion]]en in der zu messenden Lösung.
Darüber hinaus sollte auch die Zusammensetzung des jeweiligen Membranglases bei der Auswahl der Elektrode berücksichtigt werden, insbesondere wenn stark [[Alkalische Lösung|alkalische Lösungen]] gemessen werden sollen.

Standardmäßig haben Glasmembranen eine [[zylindrisch]]e Form, die allerdings nicht für alle Proben geeignet ist. So sind für Proben mit niedrigen Temperaturen kugelförmige Glasmembranen aufgrund ihrer [[Schwindung|Kontraktions]]<nowiki></nowiki>beständigkeitvorzuziehen; für geringe Volumina bietet sich eine Halbkugelform an. Einstichelektroden verfügen über robustere Nadelmembranen und Elektroden für Oberflächenmessungen über Flachmembranen.

== Verwendung und Einsatzgebiete ==
Die Glaselektrode darf niemals längere Zeit trocken oder in [[destilliertes Wasser|destilliertem Wasser]], sondern sollte in einer 3-[[Stoffmengenkonzentration|molaren]] wässrigen KCl-Lösung gelagert werden. Einsatzgebiete sind:
* Messung des pH-Wertes im Labor
* Online-Messung des pH-Wertes im industriellen Prozess, z. B. in der Chemie, [[Biotechnologie]], Wasser- und [[Abwasserbehandlung]], [[Lebensmittelindustrie]], der [[Getränkeindustrie]] etc.
* Durchführung von Säure-Base-[[Titration]]en
* pH-Wert-Bestimmung in [[Aquarium|Aquarien]].

== Siehe auch ==
* [[Elektrodensteilheit]]

== Weblinks ==
{{Commons|Glass electrode|Glaselektrode}}

== Literatur ==
* [[Ludwig Kratz]]: ''Die Glaselektrode und ihre Anwendungen'' (= ''Wissenschaftliche Forschungsberichte. Naturwissenschaftliche Reihe.'' Bd. 59, {{ISSN|0084-0920}}). Steinkopff, Frankfurt am Main 1950.
*{{Literatur |Autor=Daniel C. Harris |Titel=Lehrbuch der Quantitativen Analyse |Auflage=8 |Verlag=Springer Spektrum |Ort=Berlin / Heidelberg |Datum=2014 |ISBN=978-3-642-37787-7 |Kapitel=Kapitel 14: ''Elektroden und Potentiometrie'' |DOI=10.1007/978-3-642-37788-4_15}}
*{{Literatur |Autor=Ralf Degener |Titel=pH-Messung |Verlag=Wiley-VCH |Ort=Weinheim |Datum=2009 |ISBN=978-3-527-32359-3 |Kapitel=Kapitel 2: ''Messeinrichtungen''}}
* {{Literatur |Hrsg=[[Mettler-Toledo]] |Titel=Anleitung zur Messung von pH: Theorie und Praxis von pH-Anwendungen im Labor |Verlag=MCG MarCom |Ort=Greifensee |Datum=2007 |Online=[https://www.mt.com/de/de/home/library/tips-and-tricks/lab-analytical-instruments/Guide_pH_meas/jcr:content/download/file/file.res/51300058_pH-Guide_D.pdf Volltext] |Format=PDF |KBytes=876}}

[[Kategorie:Elektrode (Elektrochemie)]]

Glaselektrode - Versionsgeschichte

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