Technische encyclopedie

Winkler Prins (1975)

Gepubliceerd op 23-01-2025

GLASELEKTRODE

betekenis & definitie

(Fr.: électrode de verre; Du.: Glaselektrode; Eng.: glass electrode), een elektrode die vrijwel universeel gebruikt wordt als de indicator- of meetelektrode bij de bepaling van de zuurgraad (pH) van een oplossing en waarvan het essentiële onderdeel gevormd wordt door een dun (ca. 0,1 mm dik) glazen membraan; vormt zo’n membraan de scheidingswand tussen twee elektrolytoplossingen met een verschillende pH, dan ontstaat over het membraan een potentiaalverschil, hetgeen waarschijnlijk berust op een ionenuitwisseling van natrium- en waterstofionen tussen glas en elektrolytoplossingen (de glaselektrode is dus eigenlijk geen elektrode in de gebruikelijke zin).

Het potentiaalverschil, dat nog beschouwd kan worden als de som van twee grensvlakpotentialen aan de fasengrenzen glas/oplossing en een diffusiepotentiaal over het membraan, is lineair afhankelijk van het verschil in pH van de twee oplossingen. Overigens blijkt er ook bij gelijke pH een potentiaalverschil van meestal 0...10 mV over het membraan te bestaan, de zgn. asymmetriepotentiaal van de glaselektrode, die o.a. afhangt van de gebruikte glassoort, van de ouderdom van het membraan, en van de pH’s van de twee oplossingen, en die meestal van dag tot dag langzame fluctuaties vertoont. De glaselektrode is het oudste en meest bekende voorbeeld van een ionselectieve elektrode.

In de praktische uitvoering bestaat de glaselektrode in de regel uit een dunwandig glazen bolletje van een speciaal zacht glas, geblazen of gesmolten aan een buisje met een dikkere wand, dat aan het andere eind is afgedicht. Om te bereiken dat uitsluitend het bolletje actief is voor de instelling van het potentiaalverschil bestaat het buisje uit een hardere glassoort of is door coating inactief gemaakt. Inwendig is de glaselektrode gevuld met een bufferoplossing (of verdund zoutzuur) van bekende en constante pH, alsmede een referentie-elektrode, bijv. een kalomel- of een zilver/zilverchloride-elektrode (de eerste is slechts bruikbaar tot een temperatuur van ca. 70°C), die via een afgeschermde kabel met de meetapparatuur (pH-meter) kan worden verbonden.

Plaatst men de glaselektrode in een oplossing met onbekende pH, dan is het potentiaalverschil over het membraan en dus de elektrodepotentiaal van de glaselektrode εGE (analoog aan die van een waterstofelektrode) een lineaire functie van deze onbekende pH:

εGE = CspH (1)

aangezien de pH van de inwendige oplossing en de elektrodepotentiaal van de inwendige referentie-elektrode constant zijn; deze factoren zijn, evenals de asymmetriepotentiaal opgenomen in de constante C. De helling s van de εGE, pH-lijn is theoretisch gelijk aan de factor 2,303 RT/F uit de vergelijking van Nernst (59,16 mV bij 25°C), maar is in de praktijk voor veel glaselektroden lager, vooral in alkalisch milieu (tot 90...95% van de theoretische waarde). De instelling van de elektrodepotentiaal geschiedt in de regel zeer snel. Om met behulp van (1) een onbekende pH te kunnen bepalen moet men de glaselektrode met een uitwendige referentie-elektrode in dezelfde oplossing completeren tot een elektrochemische cel; deze bestaat dus in feite uit de inwendige en de uitwendige referentie-elektrode, waarbij de elektrolytoplossingen van deze twee zijn gescheiden door het glasmembraan. Van deze cel bepaalt men nu de celspanning

E = εGEεRE.

Daar εRE constant is geldt voor E een soortgelijke formule als (1). Door de hoge weerstand van de glaselektrode (5...500 MΩ) is voor de meting een elektronische voltmeter met grote ingangsimpedantie (≧ 1012 Ω) nodig.

Een groot voordeel van de glaselektrode (boven bijv. een waterstofelektrode) is dat hij is te gebruiken in velerlei oplossingen, ook als deze oxiderende of reducerende stoffen, ionen van zware metalen of zgn. elektrodegiften bevatten, zowel in water als in andere oplosmiddelen en in de meeste fysiologische oplossingen. Grootste nadeel is de hoge elektrische weerstand. Op den duur wordt het membraan bovendien aangetast door de gebruikte oplossingen, vooral alkalische, waardoor de levensduur van een glaselektrode beperkt is.

Bij glaselektroden voor speciale doeleinden kan het membraan een andere dan de bolvorm hebben, bijv. een capillair voor pH-bepaling in een zeer kleine hoeveelheid vloeistof, of een vlak membraan voor de pH-bepaling op een vochtig oppervlak; er zijn speciale glaselektroden om de pH van bijv. maagsap of bloed in situ te bepalen. Behalve afzonderlijke glaselektroden bestaan er ook zgn. combinatie-elektroden, waarin glaselektrode en uitwendige referentie-elektrode tot een geheel zijn samengebouwd.

De normale glaselektrode is te gebruiken tot een pH van 9...10. Daarboven treedt een natriumfout op, waardoor εGE tot ca. 20 mV (of ca. 0,4 pH-eenheid) positiever is dan uit (1) zou volgen (de glaselektrode is dan minder selectief voor H+-ionen). Voor zeer nauwkeurige pH-bepalingen in alkalisch milieu gebruikt men glaselektroden met een glasmembraan waarin natrium is vervangen door lithium. Ook in sterk zure oplossingen (pH < 0...1) treedt in de regel een (in dit geval negatieve) afwijking op. Naast de glaselektrode voor pH-bepalingen, waarvan de ontwikkeling uit de eerste decennia van de 20ste eeuw dateert, zijn ook glaselektroden voor andere kationen (vnl. Na+ en K+) ontwikkeld.

< >