Grundlagen der elektrischen Leitfähigkeit

Ein charakteristisches Merkmal von Elektrolytlösungen ist ihre Fähigkeit, den elektrischen Strom zu leiten. Die Leitfähigkeit von Elektrolytlösungen wird durch die Wanderung der in der Lösung frei beweglichen Ionen verursacht = ionische Leitfähigkeit. Die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit dient daher der summarischen Erfassung der im Wasser gelösten Ionen. Die Leitfähigkeit ist abhängig - von der Konzentration der Ionen - von deren Ladungszahl - von der Ionenbeweglichkeit (Viskosität der Lösung) - von der Temperatur. Gemessen wird der spezifische elektrische Widerstand ρ (bezogen auf eine Elektrodenfläche A=1cm² und eine Elektrodenabstand l = 1 cm). Der reziproke Wert ergibt den Messwert der elektrischen Leitfähigkeit γ (früher κ) in Siemens pro cm [S/cm]: ρ = R·A/l [Ω·cm] γ = 1/ρ [S/cm] γ elektrische Leitfähigkeit [S/cm] R elektrischer Widerstand [Ω] A Elektrodenfläche [cm²] l Elektrodenabstand [cm] ρ spezifischer Widerstand des Elektrolyten [Ω·cm] k = l/A Zellenkonstante Die Kompensation der starken Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit kann nur annähernd erfolgen, da sie auch von der Lösungszusammensetzung abhängt und nicht linear erfolgt. Moderne Messgeräte geben auf 25 °C kompensierte Messwerte an. Da die Temperatur- kompensation jedoch unvollkommen ist, sollte die Messtemperatur möglichst nahe bei 25 °C liegen! Arbeitet ein Gerät noch ohne Temperaturkompensation auf 25 °C, so muss eine Umrechnung nach DIN [1] erfolgen.

Durchführung der Leitfähigkeitsmessung

Die Messung wird mit Eintauchmesszellen durchgeführt. Messzelle und Probengefäß sind gründlich mit deion. Wasser und möglichst mit Probenwasser vorzuspülen. Die Messtemperatur muss bestimmt werden. Sie sollte möglichst nahe an 25 °C liegen. Spezifische Vorschriften des Geräteherstellers sind zu beachten. Angabe der Messergebnisse: z.B.: Messwert + Kompensationstemperatur , Messtemperatur Einheit : µS/cm oder in der Praxis auch mS/m z. B.: 460 µS/cm (25 °C) , Messtemperatur 16 °C bzw. 46 mS/m Umrechnungsfaktor: 1 mS/m = 10 µS/cm

Anwendung der elektrischen Leitfähigkeit

Die Messung der elektrischen Leitfähigkeit dient zu einer ersten schnellen Einschätzung eines Wassers bezüglich seines Gehaltes an Ionen. Der Messwert kann sehr leicht kontinuierlich gemessen werden und eignet sich daher sehr gut für die Überwachung der Rohwasserbeschaffenheit bei der Trinkwasseraufbereitung aus Oberflächenwasser. Die Leitfähigkeit von Trinkwässern liegt meist in der Größenordnung 100 - 1000 µS/cm Grenzwert nach Trinkwasser-Verordnung (05/2001): 2500 µS/cm bei 20 °C Bei genaueren wasserchemischen Berechnungen muss die Ionenstärke I des Wassers berücksichtigt werden. Näherungsweise kann die Ionenstärke aus der elektrischen Leitfähigkeit bestimmt werden [2]: I = γ (25) /62000 [ mol/ L ] (γ (25) in µS/cm)

Praktische Durchführung der LeitfähigkeitsmessungMessung

• Elektrode und Messgefäß (Becherglas) mit der Probe mehrmals spülen. • Elektrode in Messlösung tauchen (darauf achten, dass sich keine Luftblase zwischen den Elektrodenplatten befindet) • Gerät einschalten auf die angezeigte Einheit (µS/cm oder mS/m) achten! • Messwert notieren • Gerät auf Temperaturmessung einstellen • Messwert notieren • Gerät ausschalten • Elektrode und Messgefäß reinigen und mit dest. Wasser nachspülen [1] DIN EN 27888: Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit, entspricht ISO 7888 [2] DIN 38404 Teil 10 : Calcitsättigung eines Wassers