Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Elektrolytlösungen mit Leitfähigkeiten zwischen 0.1 mS/m (1 µS/cm) und 20 S/m erfolgt mit einer an der PTB entwickelten primären Kolbenmesszelle. Die relative Messunsicherheit für Lösungen beträgt im Allgemeinen 0.02 bis 0.03 %.

Die zylindrische Messzelle ist am unteren Ende durch eine Platinelektrode abgeschlossen. Eine zweite Elektrode befindet sich auf einem beweglichen Kolben aus Aluminiumoxidkeramik, der über ein Positioniersystem in der Messzelle präzise positioniert werden kann. Die gesamte Messzelle befindet sich in einem temperierbaren Luftbad, mit dem die Messtemperaturen zwischen 5 °C und 40 °C stabil eingestellt werden können. Die Impedanz der Lösung wird an zwei unterschiedlichen Positionen der beweglichen Elektrode mit einer Präzisionsmessbrücke jeweils bei mehreren Frequenzen ƒ gemessen. Der zur jeweiligen Elektrodenposition gehörige Gleichstromwiderstand der Lösung kann im Allgemeinen über eine Extrapolation der Realteile der gemessenen Impedanzen für 1/ƒ gegen 0 ermittelt werden. Die Wahl des Frequenzbereichs ist dabei abhängig von der Art der Lösung und deren Konzentration. Aus den beiden ermittelten Widerständen R₁ und R₂, dem Zelldurchmesser D und dem Abstand Δl der beiden Messpositionen der beweglichen Elektrode wird die Leitfähigkeit κ berechnet

Zusammen mit den Impedanzen wird außerdem die Temperatur t in der Messzelle mit einem Pt100 Platinwiderstandsensor gemessen. Bei Abweichungen der gemessenen Temperatur von der angestrebten Solltemperatur t₀ wird die bei t gemessene Leitfähigkeit κ(t) rechnerisch auf die Leitfähigkeit κ(t₀) bei t₀ mittels eines lösungsspezifischen Temperatur-koeffizienten α_κ korrigiert (anstatt die Lösung mühselig auf exakt die Solltemperatur zu temperieren):

Die Messgrößen sind alle auf SI-Einheiten zurückgeführt, sodass auch die derart ermittelte Leitfähigkeit eine auf das SI zurückgeführte Größe darstellt. Die Arbeitsgruppe Elektrochemie der PTB nimmt regelmäßige an internationalen Vergleichsmessungen zur Leitfähigkeit teil, um die internationale Vergleich-barkeit der von ihr kalibrierten Referenzlösungen sicherzustellen.