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PH-Wert-Messung

Synonym: pH-Feststellung
Englisch: measurement of pH

1 Definition

Unter pH-Wert-Messung versteht man die quantitative oder semiquantitative Bestimmung des pH-Werts einer Lösung.

2 Hintergrund

Der menschliche Körper reagiert äußerst empfindlich auf kleinste Veränderungen im Säure-Basen-Haushalt. Somit ist es unerlässlich, dass pH-Werte genau und effizient erhoben werden können.

3 Möglichkeiten

Um die pH-Messung durchführen zu können, stehen zwei Methoden zur Verfügung:

  • Die Messung pH-abhängiger Potenziale wird mit Hilfe eines pH-Meters durchgeführt, das mit einer Glaselektrode oder einer pH-abhängigen Redoxelektrode verbunden ist.
  • pH-Messungen können auch mit der Hilfe von pH-Indikatoren durchgeführt werden.

Typische klinische Anwendungen sind die Blutgasanalyse und der Urinteststreifen.

4 pH-Beispiele

pH-Bereiche in verschiedenen Nahrungsmitteln und Körperflüssigkeiten:

Flüssigkeit pH Flüssigkeit pH
0,1 M HCl
Magensaft
Zitronensaft
Essig, Cola
Sauerkraut, Wein
Schweiß
Tomatensaft
Kaffee (schwarz)
Urin
Milch
1
0,8 - 2,5
2,2 - 2,4
2,4 - 3,4
3,8
4,0 - 6,8
4,0 - 4,4
5,0 - 5,1
5,5 - 7,5
5,3 - 6,6
Speichel
Wasser
Gallensaft
Blut
Pankreassaft
Seifenlauge
Magnesiumhydroxid
0,1 M NH3-Lösung
0,1 M NaOH
Tränenflüssigkeit
6,4
7,0
7,0 - 7,2
7,37 - 7,43
7,7
8 - 10
9 - 10
11,1
13
7,35

5 Indikatoren

Als Indikatoren (HInd) können schwache organische Säuren oder Basen dienen, die ihre Farbe ändern, wenn sie durch zugegebene Säuren oder Basen protoniert oder deprotoniert werden.

HInd + H2O ⇌ H3O+ + Ind-


HInd = Indikatorsäure
Ind- = Indikator-Anion

Anwendung des MWG:

  • KInd = [H3O+] · [Ind-] ÷ [HInd]

(KInd ist die Dissoziationskonstante für die Indikatorsäure)

aufgelöst nach [H3O+]:

  • [H3O+] = KInd · [HInd] ÷ [Ind-]

Daraus der negative dekadische Logarithmus für die pH-Berechnung:

  • pH = pKInd - lg [HInd] ÷ [Ind-]

5.1 Lackmus

Lackmus ist ein Pflanzenfarbstoff, der beispielsweise in Säuren rot und in Basen blau wird. Sind die Konzentrationen des roten Lackmus (= HInd) gleich wie die des blauen (Ind-), so gibt es eine Mischfarbe. Das heißt, hier liegt ein Sonderfall vor: pH = pKInd, das heißt, die Mischfarbe bildet sich bei einem pH-Wert der vom pKInd-Wert des Indikators abhängt.

pKInd wird deshalb auch als Umschlagspunkt bezeichnet. Mischfarben sind mit dem Auge schlecht auszumachen. Dies ist auch der Grund, wieso man sich auf die optische Wahrnehmung der reinen Farben von HInd und Ind- beschränkt.

5.2 Indikatorumschlagbereich

Es ist zu wissen, dass jeder Indikator einen Umschlagbereich hat, der sich wie folgt angeben lässt:

Umschlagbereich von Indikatoren: pH = pKInd ± 1

Mit dem Grenzwert ± 1 wird verdeutlicht, dass der erfolgte Farbumschlag für das Auge erst dann deutlich erkannbar ist, wenn die Konzentration von HInd 10-mal größer ist als für Ind-. Selbiges gilt auch für den umgekehrten Fall. In der folgenden Tabelle sind labor-gebräuchliche Indikatoren aufgelistet. Für bestimmte pH-Bereiche kann man sich somit einen Indikator auswählen.

Indikator Umgschlagsbereich (pH) Farbe
im Sauren
Farbe
im Basischen
Methylorange
Methylrot
Lackmus
Bromthymolblau
Phenolphthalein
Thymolphthalein
3 - 5
4 - 6
5 - 7
6 - 8
8 - 10
9,4 - 10,6
rot
rot
rot
gelb
farblos
farblos
gelb
gelb
blau
blau
rot
blau

5.3 pH-Papier (Indikatorpapier)

Man kann sich vorstellen, dass die pH-Bestimmung mit einem einzelnen Indikator sehr ungenau ist. Bei Lackmus kann man lediglich eine Farbänderung feststellen. Man weiß somit, dass bei einer Rotfärbung der pH < 5 ist und bei Blaufärbung > 7. In der Praxis verwendet man Kombinationspräparate: Es werden mit Indikatormischungen imprägnierte Papierstreifen (auch Indikatorstreifen) eingesetzt, die sogenannte Universalindikatoren enthalten. Diesen taucht man dann in die zu messende Lösung ein. Einzelne Felder des Papiers nehmen dann eine Farbe - entsprechend dem pH-Wert an, den man an Hand einer mitgelieferten Farbskala ablesen kann. Es sind somit Bestimmungen im Messbereich (pH = 0 - 14) nur auf eine pH-Einheit genau möglich. Spezialpapier ermöglicht auch 0,3 pH-Einheiten. Verwendung findet solch ein Papierstreifen in Verfahren, bei denen Körperflüssigkeiten oder chemische bzw. biochemische Reaktionslösungen ungefähr einem pH-Wert zugeordnet werden sollen, um eine Vorstellung des pH-Bereiches bekommen zu können.

5.4 Pflanzenfarbstoffe als Indikatoren

Viele Pflanzenfarbstoffe dienen als pH-Indikatoren (Lackmus, Kornblume, Rotkohl). Betrachtet man den Farbstoff der Kornblume (Anthocyanidin), so ist dieser nur in alkalischem Milieu blau. Er ist zusätzlich in den Blütenblättern der Rosen enthalten. Dort herrscht ein saures Milieu, was auch der Grund ist für die typisch rote Farbe der Rosen. Der pH-Wert in den Blütenblättern ist äußerlich, das heißt über den pH-Wert des Bodens, nicht beeinflussbar. Daher gibt es keine roten Kornblumen und keine blauen Rosen, es sei denn, man verändert die Pflanzen genetisch in ihren Eigenschaften.

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