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Bestimmung der Konzentration gelöster Substanzen anhand von Leitfähigkeitsmessungen

Messzellen und Zellkonstanten
(PM) Greifensee, 20.10.2010 - Die Leitfähigkeitsmessung ist eine häufig verwendete, einfache und kostengünstige Methode zur Bestimmung der Konzentration von gelösten Stoffen in einer Probe. Leitfähigkeitsmessungen scheinen auf den ersten Blick sehr einfach. Eine Leitfähigkeitszelle besteht aus Elektroden, zwischen denen sich die Probe befindet. Das Verhältnis zwischen dem Abstand der Elektroden (d) und deren Oberfläche (A) wird als Zellkonstante K bezeichnet.

K = d/A [cm-1]

Die Leitfähigkeit κ [S • cm-1] ergibt sich aus der Zellkonstanten [cm-1] multipliziert mit dem gemessenen Leitwert G [S].

Jede Messzelle hat eine eigene Zellkonstante. Bedingt durch das Auftreten von inhomogenen Randfeldern kann die Zellkonstante nicht einfach gemessen werden, sondern muss stets experimentell durch Kalibrierung mit einer Standardlösung (mit bekannter Leitfähigkeit) bestimmt und durch anschließende Justierung im Gerät abgespeichert werden.

Heutzutage werden Sensoren teilweise mit zertifizierten Zellkonstanten ausgeliefert. Der Anwender kann die Zellkonstante in das Leitfähigkeitsmessgerät eingeben, ohne diese vorher bestimmen zu müssen. Es muss jedoch unbedingt darauf geachtet werden, dass eine zertifizierte Zellkonstante vorliegt und keine nominale Zellkonstante, da diese produktionsbedingt stark variieren kann.

Für genaueste Messung empfiehlt es sich jedoch, die Zellkonstante mit einem Standard einzustellen. Dadurch werden die eigenen Messbedingungen wie z. B. Rührergeschwindigkeit und CO2-Einfluss mit einbezogen.

Im Gegensatz zu einer pH-Elektrode verändert sich die Messzelle im Laufe der Zeit nicht, insbesondere bei ordnungsgemäßer Verwendung hochwertiger Sensoren. Die Zellkonstante ändert sich nur, wenn die Elektrodenoberfläche verändert wird, z. B. durch Fingerabdrücke, Ablagerungen, Kratzer sowie durch eingeschlossene Luftblasen. Im Falle einer Verschmutzung muss der Sensor mit Ethanol, geeignetem Spül- bzw. Lösungsmittel oder mit Hilfe des Ultraschallbads gereinigt werden. Sensoren aus Grafit, Platin und Stahl können mechanisch mit einer weichen Bürste gereinigt werden. Dabei dürfen die Oberflächen der Sensoren auf keinen Fall beschädigt werden. Abschließend werden die Sensoren mit deionisiertem Wasser gespült und können nach gründlicher Reinigung trocken gelagert werden.

Luftblasen auf der Elektrodenoberfläche sind eine häufig auftretende, jedoch wenig erkannte Fehlerquelle. Diese müssen durch Rühren der Probe und gegebenenfalls durch Klopfen entfernt werden. Entweichende Luftblasen erkennt man an einem plötzlichen Sprung in der Leitfähigkeit.
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Marie-Louise Hupert
Mettler-Toledo International Inc. Im Langacher
8606 Greifensee
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