Elektrolytische Leitfähigkeit
Die elektrische Leitfähigkeit von Elektrolytlösungen
(elektrolytische Leitfähigkeit)
- ist ein Maß für die Fähigkeit einer Lösung ionische Ladung zu transportieren,
- hängt von der Art und Konzentration der in der Lösung vorhandenen Ionen ab,
- ist stark von der Temperatur abhängig und wird häufig auf 25 °C bezogen,
- hat in wässrigen Lösungen einen Messbereich zwischen 5.5 µS/m (Reinstwasser) und einigen 10 S/m (Prozesswasser),
- ist geeignet, bereits geringste Änderungen in der Zusammensetzung einer wässrigen Lösung ohne aufwendige Probenahme und -analyse zu messen,
- ist eine geeignete Messgröße u.a. für die Qualität von Rein- und Reinstwasser, für die Produktüberwachung (z.B. Brauereien), in der Prozesssteuerung
(z.B. Abwasserbehandlung) und in der Medizin (z.B. Effektivität der Dialysebehandlung).
Messprinzip und metrologische Rückführung
Die elektrolytische Leitfähigkeit wird über eine Messung des elektrischen Widerstands der Lösung in einer Messzelle bestimmt. Messzellen haben, angepasst an den Anwendungszweck, die unterschiedlichsten Bauformen und der elektrische Widerstand wird mit den unterschiedlichsten Methoden gemessen. Unabhängig davon wird die Leitfähigkeit κ im Allgemeinen aus dem gemessenen Widerstand R und der so genannten Zellkonstanten K berechnet: κ = K/R. Die Zellkonstante von kommerziellen Messzellen wird mit Hilfe einer Referenzlösung mit zertifizierter Leitfähigkeit in einer Kalibriermessung bestimmt.
Zur Messung der Leitfähigkeiten von Referenzlösungen werden die Zellkonstante und der Widerstand mit Bezug auf das internationale Einheitensystem (SI) gemessen. Bei bestimmten Bauformen kann die Zellkonstante der Messzelle aus einer präzisen Vermessung der Zellgeometrie bestimmt werden. Da die Ionen mit der Elektrodenoberfläche wechselwirken, verhält sich die Messzelle nicht wie ein einfacher, ohmscher Widerstand. Deshalb werden gewöhnlich die Impedanzen der mit der Lösung gefüllten Messzelle bei verschiedenen Frequenzen gemessen. Der Lösungswiderstand lässt sich dann aus dem gemessenem Spektrum durch Extrapolation der Resistanzen gegen große Frequenzen ableiten.
Weiterführende Literatur
Handbook of Metrology and Testing, Eds. H. Czichos, T. Saito, L. Smith, 2nd edition, capt. 9.3, Springer Verlag Heidelberg (2011)
Primary methods for the measurement of electrolytic conductivity, Freek Brinkmann, Niels Ebbe Dam, Eva Deák, Francesca Durbiano, Enzo Ferrara, Judit Fűkő, Hans D. Jensen, Michal Máriássy, Rubina H. Shreiner, Petra Spitzer, Uwe Sudmeier, Michael Surdu, and Leoš Vyskočil, Accred. Qual. Assur. 8:346-353 (2003)
© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2012-02-29, Steffi Siegfried
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