Banner

Tipps & Tricks

Fehler bei der Leitfähigkeitsmessung

Veröffentlicht von Stefan Langner am 24.01.2018 10:39:00

edge-HI2003-Beaker_2100x2100_300_CMYK_720x720_72_RGB (1)Fehler bei der Leitfähigkeitsmessung

Haben Sie bisweilen Probleme bei der Messung der Leitfähigkeit einer Probe? Hier Fehler zu machen geht schnell, insbesondere dann, wenn man mit den Details der Technologie nicht vertraut ist.

Auftretende Probleme haben häufig etwas mit der Art der verwendeten Leitfähigkeitssonde zu tun. Sie sollten daher genau wissen, welche Art von Leitfähigkeitssonde Sie verwenden, um Fehler exakt eingrenzen zu können. Wenn Sie sich die Leitfähigkeitssonde genauer ansehen und dabei feststellen, dass sie über zwei Stifte oder Platten aus Graphit oder Edelstahl verfügt, handelt es sich um eine Leitfähigkeitssonde mit zwei Elektroden, sie misst amperometrisch. Eine einzelne Leitfähigkeitssonde, bei der vier Ringe erkennbar sind, misst potentiometrisch; eine Leitfähigkeitssonde für die Prozesstechnik, die über einen großen Ring (Torus) am Ende verfügt, misst induktiv. Um letzte Zweifel zu beseitigen ist auch ein Blick in die technischen Daten Ihres Leitfähigkeitsmessgeräts hilfreich.

Nachdem Sie die Sondenart bestimmt haben, wird es Ihnen einfach gelingen herauszufinden, welche der nachfolgend beschriebenen acht Fehler aufgetreten sein könnten.Hannas Sortiment an profesionellen Handgeräten für die Leitfähigkeitsmessung  ansehen

Hannas Leitfähigkeitstester ansehen

Problem 1: Sondenpolarisation

Ist der gemessene Leitfähigkeitswert niedriger als er sein sollte? Wenn sich eine Ladung auf den Sensoren einer Zwei-Elektroden-Sonde aufbaut werden Messungen ungenau. Das kann mit jeder Art von Zwei-Elektroden-Sonde passieren, ist aber bei Varianten mit Edelstahlstiften am häufigsten.

Die Lösung zu diesem Problem ist die Verwendung eines Messgeräts mit Graphitelektroden, da diese weniger reaktiv sind. Diese Leitfähigkeitsmessgeräte verwenden Wechselstromfrequenzen und Zellkonstantenkombinationen die innerhalb eines vorgegebenen Messbereichs am besten funktionieren und minimieren somit die Polarisationseffekte.

Hanna-Tipp: Stellen Sie bei der Auswahl eines Leitfähigkeitsmessgeräts sicher, dass es den Leitfähigkeitsbereich abdeckt, den Sie von Ihren Proben erwarten. Wenn Sie generell Proben mit stark unterschiedlichen Leitfähigkeiten messen, empfiehlt es sich eine Vier-Ring-Leitfähigkeitssonde zu verwenden. Eine Vier-Ring-Sonde besteht aus den beiden inneren Sensorelektroden und den äußeren Treiberelektroden (siehe Abbildung weiter unten in diesem Beitrag). Die Treiberringe werden mit einer Wechselspannung betrieben, die die Zelle mit Strom versorgt. Die Leitfähigkeitsmessung erfolgt durch die Bestimmung eines Spannungsabfalls an den inneren Sensorelektroden. Da bei diesen Sonden die Leitfähigkeit durch eine Spannungsmessung (potentiometrisch) anstatt durch eine Strommessung (amperometrisch) bestimmt wird, werden Probleme durch Polarisation minimiert und so die Messgenauigkeit erhöht.

Problem 2: Effekte durch Streufelder

Schwanken Ihre Messwerte manchmal? Falls Sie eine Vier-Ring-Sonde verwenden, könnte der Grund einfach in der Position der Sonde im Messgefäß liegen. Die Sonde zu nahe an ein festes Objekt zu halten kann einen negativen Effekt durch Streufelder hervorrufen. Das bedeutet, dass das elektrische Feld, das durch die Sonde erzeugt wird (das gleiche, das für die Leitfähigkeitsmessung verwendet wird) durch ein anderes Objekt, wie die z.B. die Wände des Messgefäßes, beeinflusst wird. Metalle erzeugen eine positive Interferenz (Messwerte zu hoch), Glas und Kunststoff eine negative Interferenz (Messwerte zu niedrig).

Die Vermeidung bzw. Behebung dieses Fehlers ist einfach – stellen Sie sicher, dass Ihre Sonde weit genug von den Wänden oder dem Boden des Messgefäßes entfernt ist. Wir empfehlen einen Mindestabstand von 2 – 3 cm einzuhalten.

Problem 3: Falsche Kalibrierung der Leitfähigkeitssonde

Leitfähigkeitskalibrierlösungen haben keine Pufferkapazität, das bedeutet an der Sonde verbleibende Reste von deionisiertem Wasser oder Probe ändern ihre Werte. Da die Verwendung einer genauen Leitfähigkeitskalibrierlösung für exakte Messungen wichtig ist, ist es ebenso wichtig sicherzustellen, dass sie nicht kontaminiert ist. Die einfachste Art und Weise Kontamination zu vermeiden, ist die Leitfähigkeitssonde mit der Kalibrierlösung vorzubehandeln. Das bedeutet, tauchen Sie die Sonde in ein Gefäß mit der Leitfähigkeitskalibrierlösung, ehe Sie die eigentliche Kalibrierung in einem Gefäß mit frischer Lösung vornehmen.

Hanna-Tipp: Eine Methode sicherzustellen, dass Sie stets frische Lösungen verwenden, wenn Sie nicht sehr häufig kalibrieren, ist die Benutzung von Kalibrierlösungen in Einzelportionsbeuteln.

HI70031 Kalibrierlösung für Leitfähigkeit 1413 µS/cm

Wenn Ihr Leitfähigkeitsmessgerät an verschiedenen Punkten kalibriert werden kann, sollten Sie die Lösung verwenden, die der erwarteten Leitfähigkeit Ihrer Probe am nächsten kommt. Ein Leitfähigkeitsmessgerät muss nicht so häufig kalibriert werden wie ein pH-Meter, es empfiehlt sich aber dennoch die Leitfähigkeitssonde regelmäßig zu überprüfen. Die Kalibrierung kompensiert Veränderungen der Sonde im Laufe der Zeit, wie Sie z.B. durch kleinere Beschädigungen oder Verunreinigungen verursacht werden können. Die Pflege der Leitfähigkeitselektrode / Leitfähigkeitssonde ist also ebenfalls wichtig, um zumindest den zweiten Effekt zu minimieren, mehr dazu lesen Sie hier.

Hanna-Tipp: Die am meisten verwendete Kalibrierlösung hat einen Leitfähigkeitswert von 1413 µS/cm (1,41 mS/cm). Im Zweifelsfall sehen Sie im Handbuch Ihres Geräts nach, welche Lösung Sie verwenden sollten, da sich manche Geräte nur an bestimmten Punkten kalibrieren lassen.

Problem 4: Kontaminierte Probe

Stellen Sie sicher, dass Sie nicht versehentlich die Leitfähigkeit Ihrer Probe verändern. Im Prinzip gilt hier das gleiche wie für die Kalibrierung. Tauchen Sie Ihre Leitfähigkeitssonde zunächst in ein Spülgefäß mit Probenflüssigkeit, um Reste von deionisierten Wasser oder Leitfähigkeitsstandard abzuwaschen. Erst dann tauchen Sie die Sonde in die eigentliche Messprobe und führen Sie dort die Leitfähigkeitsmessung durch. So stellen Sie sicher, dass Sie nicht unbeabsichtigt Ionen hinzufügen oder die Probe verdünnen.

Hanna-Tipp: Achten Sie darauf die Sonde nach der Messung abzuspülen. Hierdurch sorgen Sie dafür, dass keine Probenreste auf der Leitfähigkeitssonde oder in der Messzelle verbleiben und sie für zukünftige Messungen sauber bleibt.

Problem 5: Falscher TDS-Umrechnungsfaktor

Der Gesamtgehalt gelöster Feststoffe (Total Dissolved Solids, kurz TDS) hängt stark von der Leitfähigkeit ab: wenn sich der Gehalt an gelösten Ionen (z.B. Kalium, Calcium, Nitrat, etc.) erhöht, erhöht sich auch die Leitfähigkeit.

TDS mit einem Leitfähigkeitsmessgerät zu bestimmen ist ein einfacher Weg die Konzentration an gelösten Feststoffen in einer Probe zu bestimmen. Leitfähigkeitswerte werden über einen speziellen Faktor in TDS umgerechnet. Einen solchen Faktor zu verwenden ist einfach, multiplizieren Sie einfach den Leitfähigkeitsmesswert mit dem Faktor, um TDS zu bestimmen. Mit seiner Hilfe können Werte in µS/cm in ppm umgerechnet werden, Werte in mS/cm in ‰.

Umrechnungsfaktoren sind im Prinzip für jede Ionensorte unterschiedlich. Einige Messgeräte mit TDS-Bereich verfügen nur über einen Umrechnungsfaktor, während professionellere Geräte die Möglichkeit der Programmierung eines eigenen Faktors bieten. Bei den voreingestellten Faktoren sind 0,5 und 0,7 weit verbreitet. Leitfähigkeitsmessgeräte mit einem Faktor 0,7 werden häufig im Bereich Landwirtschaft und Hydroponik benutzt, da viele Nährstoff- und Düngerhersteller diesen Faktor verwenden, wenn sie Angaben zu optimalen TDS-Bereichen machen.

Wenn Sie ein Messgerät erwerben möchten, achten Sie darauf, dass es den für Ihre Anwendung richtigen oder einen einstellbaren TDS-Faktor verwendet.

Wenn Sie sich für das Thema TDS näher interessieren, finden Sie in unseren Erläuterungen zu den Messparametern weitere Informationen

Problem 6: Die Sonde ist nicht tief genug eingetaucht

Bei der Durchführung einer Messung sollte die Leitfähigkeitselektrode komplett in die Lösung eingetaucht sein. Das stellt sicher, dass die Messung auch der tatsächlichen Leitfähigkeit der Probe entspricht. Dieser Schritt ist besonders für Vier-Ring-Sonden wichtig; achten Sie auf genügend Probenvolumen, so dass Sie die Sonde über alle vier Ringe und bis über die Entlüftungslöcher hinaus eintauchen können.

Achten Sie auch darauf, dass keine Luftblasen in der Sonde verbleiben, unabhängig davon, ob Sie eine Zwei-Elektroden- oder Vier-Ring-Sonde verwenden. Blasen lassen sich einfach entfernen indem Sie auf die Sonde klopfen oder sie im eingetauchten Zustand sanft schwenken.

Aufbau einer 4-Ring-Leitfähigkeitssonde

Problem 7: Verwendung der falschen Leitfähigkeitssonde

Zwei-Elektroden-Sonden werden mit einer Zellkonstante konstruiert, der Ihrem gewünschten Messbereich entspricht. Messungen im hohen Leitfähigkeitsbereich verwenden eine größere Zellkonstante (die Elektroden sind weiter voneinander entfernt) während Messungen im niedrigen Bereich eine kleine Zellkonstante (die Elektroden sind enger zusammen) benötigen. Aus diesem Grunde fertigt Hanna Instruments verschiedene Modelle seine Zwei-Elektroden-Tester für unterschiedliche Messbereiche. Beachten Sie, das Messungen ungenau werden, wenn Sie niedrige Leitwerte mit einem Tester für hohe Leitwerte messen. Umgekehrt laufen Sie Gefahr den Messbereich zu überschreiten, wenn Sie hohe Leitfähigkeiten mit einem Tester für niedrige Leitfähigkeiten messen.

Wenn Sie variierende Proben messen, sind Sie wahrscheinlich mit einem Gerät mit Vier-Ring-Sonde besser bedient. Diese Geräte können über einen weiten Leitfähigkeitsbereich ohne Sondenwechsel messen.

Wenn Sie eine Sonde benötigen, die in einer Prozessumgebung zuverlässig funktioniert, sollten Sie eine induktive Sonde wählen. Dieser Sondentyp hat eine hohe chemische Beständigkeit wie sie für industrielle Anwendungen häufig benötigt wird.

Problem 8: Nichtverwendung der Temperaturkompensation

Ein wichtiger Faktor, den Sie in Ihre Überlegungen mit einbeziehen sollten, wenn Sie auf der Suche nach einem Leitfähigkeitsmessgerät sind, ist die Temperatur. Viele Geräte verfügen über eine automatische Temperaturkompensation, um konsistente Messwerte über einen großen Temperaturbereich zu bieten. Die Leitfähigkeit ist temperaturabhängig, was mit der Ionenbeweglichkeit zusammenhängt: steigt die Temperatur erhöht sich die Beweglichkeit und somit auch der Leitwert, umgekehrt sinkt bei kälteren Temperaturen die Beweglichkeit und mit ihr die Leitfähigkeit.

Wenn die Temperatur Ihrer Probe also weit vom Referenzwert 25 °C entfernt ist wird der Messwert ein anderer sein. Messgeräte mit automatischer Temperaturkompensation können das korrigieren und zeigen den Wert immer so an wie er bei 25 °C wäre. Das erhöht Genauigkeit und Vergleichbarkeit von Messungen.

Hanna-Tipp: Haben Proben eine viel höhere oder niedrigere Temperatur als die Umgebungstemperatur, stellen Sie sicher, dass sich der Temperatursensor stabilisieren kann, bevor Sie eine Messung durchführen.

Themen: Leitfähigkeit, Agrar und Gartenbau, Wasser, Aquaristik, Salzgehalt, Abwasser, Ionen, Süßwasser

 

Abonnieren Sie E-Mail-Updates zu diesem Blog