INGOLD Elektroden: Das Maß der Dinge

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INGOLD Elektroden sind das Maß der Dinge, wenn es um pH-Elektroden geht. Einst haben sie die Welt der Messtechnik revolutioniert, heute gehören sie zum Standard.

INGOLD Elektroden: Auswahl der passenden Elektrodenart

Sicher, Anwender der mittlerweile als Standard angesehenen INGOLD Elektroden werden behaupten, dass keine andere Elektrode überhaupt infrage kommt. Der Hersteller steht für Zuverlässigkeit und die Ermittlung belastbaren Datenmaterials bei der Messung des pH Wertes. Dennoch kommt es auf das Wissen an, wann welche Elektrode gewählt wird.

Die klassische Glaselektrode ist die beste Wahl, wenn es um pH-Elektroden geht. Sie wird auch auf lange Sicht nicht aus der Messtechnik wegzudenken sein. Dennoch unterliegt sie immer wieder Verbesserungen und Neuerungen. Die letzten Entwicklungen hier lagen in der Konstruktion der Einstabmesskette und der druckbeaufschlagten Gel-Elektrode.

Auch die Polymerelektrode ohne das herkömmliche Diaphragma muss an der Stelle der Entwicklungen jüngerer Zeit genannt werden. Lange Zeit waren sich die Forscher uneinig, ob dieses Maß der Dinge überhaupt noch übertroffen werden könnte, doch natürlich gibt es auch hier ebenso neue Lösungsansätze wie Problemstellungen.

pH-Elektroden unterscheiden sich nicht nur in Bezug auf ihre Abmessungen, sondern auch die verwendeten Membrangläser, die auf den gemessenen pH-Wert reagieren. Auch das Bezugssystem spielt eine Rolle, was wiederum bedeutet, dass es die eine, beste und ideale Elektrode nicht gibt. Alle Hersteller bieten wie auch INGOLD Elektroden an, die für einzelne Anwendungen besonders geeignet bzw. für diese optimiert worden sind.

Sie sind auf spezielle Applikationen ausgerichtet, wobei sich die Wahl der jeweiligen Messtechnik an den vorliegenden Prozessbedingungen orientieren muss. Im Einzelfall oder bei besonderen Fragestellungen ist der Hersteller der richtige Ansprechpartner für die Wahl der Elektroden.

Video: Praxistipp 2: Auswahl der richtigen Stabelektrode

Wichtig sind für die Entscheidung unter anderem die folgenden Punkte:

  • Temperatur und Druck im Messbereich
  • pH-Bereich
  • Zusammensetzung der Medien
  • elektrolytische Leitfähigkeit
  • Viskosität
  • Fließgeschwindigkeit
  • Rührgeschwindigkeit
  • hygienisches Design
  • Sterilisierbarkeit

Wie sich anhand dieser Liste unschwer erkennen lässt, kommt es auf vielfältige Einflussfaktoren an, die für die Auswahl der passenden Elektroden entscheidend sind.

INGOLD Elektroden und weitere als Messelektroden

Die klassische Glaselektrode findet ihren Einsatz nach wie vor als Messelektrode, wobei des Weiteren auch die Emaille-Elektrode als Nischenprodukt vorhanden ist. Letztere misst allerdings keinen genauen Wert, sondern liefert nur einen ungefähren pH-Wert. Für Medien, in denen Flusssäure vorhanden ist, ist die Antimon-Elektrode geeignet. Diese wiederum liefert nur eine begrenzte Messleistung, was nicht für jede Anwendung akzeptabel ist.

Ein ionenselektiver Feldeffekt-Transistor (kurz ISFET) kommt dort zur Messung zum Einsatz, wo Glasbruch auf keinen Fall vorkommen darf. Mögliche Einsatzgebiete sind unter anderem die Kosmetik- oder die Lebensmittelindustrie. Auch die Getränkeindustrie nutzt diese Elektroden. Dennoch ist die klassische Glaselektrode aus dem Messalltag nicht wegzudenken und das, obwohl ständig Verbesserungen möglich sind. Hier geht es um den Glaselektroden wie einem Anemometer, das ebenfalls unverzichtbar ist, das aber genauso ständigen Verbesserungen unterworfen ist.

Im Prinzip ist ein Grundgerüst vorhanden, das auch einsatzfähig ist und zuverlässige Daten liefert, das aber in Details immer noch ein wenig verändert und verbessert werden kann. Doch wieder weg vom Anemometer und hin zu Glaselektroden. Bei diesen gibt es inzwischen Gläser für Standardanwendungen, die gute Eigenschaften für alle Anwendungen aufweisen, die keine besonderen Anforderungen stellen. E

in Allround-Genie für die pH-Messung! Gläser für sterile Anwendungen, die ein besonders geringes Driftverhalten aufweisen, und Gläser für die Anwendung bei Tieftemperaturen sind ebenso alltätlich im Einsatz.

Die letztgenannten Gläser sind niederohmig. Außerdem gibt es die folgenden Gläser:

  • für hohe Temperaturen und pH-Werte
    Diese Gläser sind beständig gegen Temperaturen und Alkali und zeigen unter den entsprechenden Einflüssen nur geringe Fehler. Die Lebensdauer auch unter drastischen Bedingungen und gut.
  • Flusssäurehaltige Medien
    Die Gläser sind innerhalb bestimmter Konzentrationen von Flusssäure und in vorgegebenen pH-Bereichen resistent.

Die Weiterentwicklungen erfolgen weniger in Bezug auf die Gläser selbst, sondern vielmehr auf die Referenzelektroden und die gesamten Bezugssysteme.

 Hier geht es um den Glaselektroden wie einem Anemometer, das ebenfalls unverzichtbar ist, das aber genauso ständigen Verbesserungen unterworfen ist.

Hier geht es um den Glaselektroden wie einem Anemometer, das ebenfalls unverzichtbar ist, das aber genauso ständigen Verbesserungen unterworfen ist.(#01)

Eigenschaften und Bezugssysteme

Verschiedene Bezugselektrolyte haben unterschiedliche Eigenschaften, die beim Einsatz berücksichtigt werden müssen. Dabei haben sich im Alltag Elektroden mit Polymer- oder Gelelektrolyt durchgesetzt und Flüssigelektrolyt-Elektroden nahezu vollständig ersetzt. Letztere gelten nur noch als Problemlöser für die ganz schwierigen Fälle und werden fast nur noch als Nischenprodukte gesehen.

Doch geht es um die Reproduzierbarkeit und die höchstmögliche Genauigkeit der Messung, so sind sie immer noch erste Wahl. Ihr Wartungsbedarf ist allerdings deutlich erhöht, weil das Elektrolyt nachgefüllt werden muss, außerdem ist die Adaption sehr teuer.

Gel- und Polymerelektroden hingegen zeigen sich im Alltag als überaus angenehm, denn sie sind leicht zu installieren und bringen nur einen geringen Wartungsaufwand mit. Sie können in den meisten Applikationen eingesetzt werden und erreichen fast die gleichen Leistungen in puncto Genauigkeit wie Flüssigelektrolyt-Elektroden.

INGOLD Elektroden sind heute Standard im gesamten Bereich der Biotechnologie sowie auch im pharmazeutischen Bereich, wobei es inzwischen verschiedene „InPro-Elektroden“ von INGOLD gibt.

Mess- und Referenzelektroden können immer noch verbessert werden. Anfangs wurde ein Polymer eingesetzt, das sich als Xerolyt einen Namen machen konnte und das Diaphragma überflüssig werden ließ. Es löste das Problem, dass das Diaphragma bei der pH-Wertmessung häufig verschmutzte. Daraus wiederum entstanden Messungenauigkeiten und Messfehler, denn die Diffusionspotenziale waren unerwünscht.

Die DXK-Elektrode trat ihren beispielhaften Siegeszug an und besetzte fast alle Messstellen in der chemischen Industrie. Doch es gab immer noch Einschränkungen: Das hier verwendete Polymer war sehr empfindlich gegenüber Säure, damit war der pH-Wert nur zwischen 2 und 14 messbar. Der Druckbereich hingegen war schon sehr groß, der lag zwischen 16 bar bei 25 °C und 6 bar bei 110 °C.

Kurz nach dem Jahrtausendwechsel gab es hier eine deutliche Verbesserung von INGOLD, als eine neue Polymerelektrode auf den Markt kam, die auf das Xerolyt Plus setzte. Es war noch beständiger gegen Druck und Temperatur, außerdem resistent gegen Säure. Der pH-Messbereich erweiterte sich deutlich. Dennoch gab es weitere Einschränkungen, denn die Genauigkeit der Messungen ließ zu wünschen übrig.

In diesem Punkt konnten Flüssigkeitselektrolyt-Elektroden immer noch überzeugen. Zudem war die Beeinträchtigung gegenüber unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten und Medien mit niedriger Leitfähigkeit groß. Manche Lösungsmittel konnten gar die Lebensdauer der INGOLD Elektroden beeinflussen und auch auf ihr Verhalten wirken.

INGOLD Elektroden sind heute Standard im gesamten Bereich der Biotechnologie sowie auch im pharmazeutischen Bereich, wobei es inzwischen verschiedene „InPro-Elektroden“ von INGOLD gibt. Mess- und Referenzelektroden können immer noch verbessert werden.

INGOLD Elektroden sind heute Standard im gesamten Bereich der Biotechnologie sowie auch im pharmazeutischen Bereich, wobei es inzwischen verschiedene „InPro-Elektroden“ von INGOLD gibt.
Mess- und Referenzelektroden können immer noch verbessert werden.(#02)

Verbesserung der INGOLD Elektroden: Neue Ziele und Wege

Die neuen Elektroden von INGOLD wurden dahin gehend verbessert, dass die vorhandenen Schwächen ausgemerzt wurden, indem ein neues Polymer zum Einsatz kam. Die Vorteile der neuen Variante zeigten sich vor allem im Hinblick auf die Genauigkeit der Messungen sowie auf das Messtempo.

Auch die Stabilität und Lebensdauer der INGOLD Elektroden wurden positiv beeinflusst. Nicht nur in Versuchen unter Laborbedingungen konnten sich die verbesserten Eigenschaften deutlich zeigen, sondern auch unter realen Bedingungen im täglichen Einsatz bei den Anwendern wurden sie sichtbar.

Damit wurde mit der neuen INGOLD Elektrode ein Allrounder hergestellt (InPro 4260), der vor allem in kritischen Applikationen zuverlässig arbeitete und für alle Anwendungen in der chemischen Industrie geeignet war bzw. immer noch ist.

Der Wartungsbedarf ist immer noch gering, die Kalibrierzyklen sind ebenfalls lang auseinanderliegend. Die Messungen erweisen sich als zuverlässig, eine lange Lebensdauer ist ebenfalls sicher. Insgesamt ist das ein Plus für die gesamte Prozesskontrolle, trägt zu niedrigeren Kosten und einer vereinfachten Lagerhaltung bei.

Multifunktionssensoren bei INGOLD

Multifunktionssensoren stellen heute den wichtigsten Trend dar und zeigen sich als intelligente Helfer in der Messtechnik. Was einst die Elektrode mit Polymerelektrolyt war, ist heute der Multifunktionssensor mit Glaselektrode, Referenzelektroden und integriertem Temperaturfühler.

Auch eine Platinhilfselektrode ist kein Fremdwort mehr in der modernen Messtechnik im Labor, bei der die Temperatur während der Messung kompensiert werden muss.

Des Weiteren spielen folgende Punkte eine Rolle in der Entwicklung moderner Messtechniken:

  • parallele Messungen von Redox-Potenzialen
  • Verwendung intelligenter Sensoren
  • Datenspeicherung auf Chip
  • Datenübertragung per Bluetooth
  • schnelles Erkennen und Einlesen von Sensordaten
  • einfache Kalibrierung
  • Aufzeichnung der Sensordaten
  • Hinweise auf Betriebszustände

Mit der Entwicklung der ersten INGOLD Elektroden war undenkbar, wo der Weg einmal hinführen würde und dass er von einer einfachen Elektrode weg zu Multifunktionssensoren gehen würde.

Schon seit 1948 produziert INGOLD seine pH-Elektroden und seither wird der Name des Unternehmens gleichbedeutend mit Erfolg gesehen

Schon seit 1948 produziert INGOLD seine pH-Elektroden und seither wird der Name des Unternehmens gleichbedeutend mit Erfolg gesehen.(#03)

Wer ist INGOLD?

Schon seit 1948 produziert INGOLD seine pH-Elektroden und seither wird der Name des Unternehmens gleichbedeutend mit Erfolg gesehen. Vor allem die kombinierten pH-Elektroden gehen auf das Konto von INGOLD.

Der Chemiker Dr. Werner Ingold aus der Schweiz ging im Jahr 1952 den ersten Schritt hin zu modernen pH-Sensoren, die für industrielle Einsätze und Anwendungen gedacht waren. Hierbei wurden flüssige Elektrolyte verwendet, die bereits zum damaligen Zeitpunkt sterilisierbar waren. Bis 1986 wurden dann die Elektroden entwickelt, die heute als druckbeaufschlagte Modelle bekannt sind und auf Gelelektrolyte setzten.

Schon damals war die besondere Wartungsfreundlichkeit der Elektroden bekannt. Doch bereits davor wurde die erste Polymerelektrolyt-Elektrode entwickelt, was im Jahr 1983 in Deutschland geschah. Sie erhielt ein Patent, damit war INGOLD wieder einmal Vorreiter in der Branche. Mit dieser Entwicklung war es möglich, auf das konventionelle Diaphragma aus Keramik zu verzichten, außerdem war der Einsatz der INGOLD Elektroden erstmals vorrangig für Medien möglich, die eine Verschmutzung der Sensoren mit sich brachten.

Das Unternehmen gehört seit 1986 zur Mettler Toledo Gruppe, doch die Elektroden werden immer noch INGOLD zugerechnet. Sie sind das Produkt aus mehr als 60 Jahren Erfahrung im Bereich der Produktion elektrochemischer Sensoren.

Im Jahr 1993 wurden die ersten Industriesensoren entwickelt, die einen eigenen Temperaturfühler hatten und damit die Vorreiter der Multifunktionssensoren darstellten. Sie waren der erste Schritt hin zu einer automatischen Kompensation der Temperatur, denn schon zu dieser Zeit war bekannt, welch großen Einfluss die Temperatur auf den pH-Wert hat.

Die Mettler Toledo Gruppe führte dann in den eigenen Sensoren die Tradition von INGOLD fort und wirbt mit „INGOLD inside“.


Bildnachweis:©Shutterstock-Titelbild: Aleksandr Grechanyuk  -#01: Romaset_-#02: Rattiya Thongdumhyu-#03: Choksawatdikorn

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