Messung des pH-Werts in proteinhaltigen Proben

1.  Beeinträchtigung der ph-sensitiven Glasmembran durch Proteine

In jeder wässrigen Lösung befindet sich Säure in der Form von Hydroniumionen. Das detektierende Glas ist speziell darauf ausgelegt, mit diesen Hydroniumionen zu interagieren, um ein Spannungspotenzial zu generieren, das dann in einen pH-Wert umgewandelt wird. Damit diese Wechselwirkung stattfinden kann, muss das detektierende Glas des Sensors frei von Verunreinigungen wie etwas Proteinablagerungen sein. Jede Verunreinigung auf dem Glas verringert die für die Wechselwirkung mit den Hydronumionen verfügbare Oberfläche und verlangsamt die Reaktion des Sensors.

Ein langsamer Sensor ist mehr als nur eine Unannehmlichkeit. Das pH-Messgerät, an das die Elektrode angeschlossen ist, muss auf Grundlage der Änderung des Millivoltsignals pro Zeiteinheit einen mathematischen Endpunkt finden. Da die Veränderung des Millivoltsignals aus der Wechselwirkung der Hydroniumionen mit dem sensitiven Glas der Elektrode abgeleitet wird, kann eine Proteinkontamination den Wert beeinflussen und einen Messfehler verursachen. Wenn ein Sensor frei von Proteinablagerungen ist, ändert sich das Spannungspotenzial über die Zeit sehr schnell während es sich an die neue Hydroniumionenkonzentration anpasst. Nach ein paar Sekunden verringert sich die Änderung des Potenzials pro Sekunde und sobald diese Änderung unter das "Stabilitätskriterium" des Messgeräts fällt, wird der finale pH-Wert aufgenommen.
 

Durch die verringerte verfügbare Oberfäche des sensitiven Glases ist die anfängliche Änderung des Potenzials in mV pro Zeiteinheit geringer. Analog zur sauberen Elektrode wird auch die kontaminierte Elektrode mit der Zeit kleinere Änderungen des Millivoltpotenzials pro Zeiteinheit aufweisen während sich das System einem Gleichgewicht annähert. Das pH-Messgerät hat jedoch unabhängig davon, ob die Elektrode schnell oder langsam auf eine Änderung des pH-Werts der Lösung reagiert, das gleiche "Stabilitätskriterium".

2. Verstopfung von Keramikdiaphragmen durch Proteine

Wie das sensitive Glas der Elektrode ist auch das Diaphragma anfällig für eine Beeinträchtigung durch Proteine. Bei einem klassischen Keramikdiaphragma handelt es sich um eine Fritte, die sich knapp oberhalb des sensitiven Glases der Elektrode befindet. Diese Fritte hat kleine Poren, die dafür da sind, dass flüssiger Elekrolyt aus der Elektrode in die Probe fliessen kann. Der Elektrolytausfluss ist für ein genaues pH-Messergebnis entscheidend - er produziert ein stabiles Referenzpotenzial und schliesst den Stromkreis des Sensors. Ohne einen stetigen Elektrolytausfluss in die Probe ist ein fehlerhafter Messwert unausweichlich.


Beim Flüssigelektrolyt handelt es sich um eine konzentrierte Salzlösung. Wenn Proteinlösungen mit Salzlösungen in Kontakt kommen, ist es häufig so, dass die Proteine als Feststoffe ausfallen. Wenn in einer Lösung eine pH-Messung stattfindet, bildet sich ein Salzgradient mit der höchsten Salzkonzentration am Diaphragma der Elektrode. Dadurch wird eine Proteinausfällung im Elektrodendiaphragma zu einem wahrscheinlichen Szenario. Da die Proteine in den kleinen Poren des Keramikdiaphragmas ausfallen, wird der Elektrolytausfluss verlangsamt und stoppt schliesslich ganz, wodurch ein fehlerhafter pH-Messwert entsteht.

3. Entfernen der Proteinkontamination von einer pH-Elektrode

4. Finden der richtigen pH-Elektrode