Michael
Schlüter
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SCHNELL UND EINFACH: WASSERKONTROLLE DURCH LEITFÄHIGKEITSMESSUNG Dr.Gerd Kassebeer (AH 2/92, S. 90) 022
Mit einem Leitfähigkeits-Meßgerät läßt sich die Dichte von Seewasser, die Notwendigkeit eines Wasserwechsels, die Qualität eines Weichwassers überprüfen. 1.) WASSER LEITET DEN STROM! Wer ein Multimeter besitzt, kann es ausprobieren: Eine Kaffeetasse wird mit Wasser gefüllt, zwei Büroklammern zu schlanken U's verbogen und so über den Tassenrand gehängt, daß sie gegenüber eintauchen, beide „Elektroden“ an das Multimeter anschließen, die Widerstandsmessung einschalten, ablesen. Verschiedene Wässer haben verschiedene Widerstände. Löst man einen Teelöffel Kochsalz im Leitungswasser auf, so sinkt der Widerstand stark ab. Löst man einen Teelöffel Zucker auf, so ändert sich der Widerstand nicht. Leider ist der Meßwert bei diesem Versuch nicht stabil: Unsere Elektroden verändern sich durch den fließenden Strom. Der Versuch soll nur dem elementaren Verständnis dienen, nicht aber ein Meßgerät ersetzen! Wässer mit niedrigem elektrischem Widerstand haben eine hohe elektrische Leitfähigkeit, und umgekehrt. Ursache für die Leitfähigkeit des Wassers sind die darin gelösten Salze. Sie zerfallen in elektrisch geladene Teilchen (Ionen). Die Ionen transportieren den elektrischen Strom. Unser Multimeter führt die Widerstandsmessung mit einer niedrigen Gleichspannung aus, während richtige Leitfähigkeits-Meßgeräte mit Wechselspannungen arbeiten, die die Elektroden nicht verändern. 2.) PRINZIPIELLES Unser Versuch zeigt uns auch, daß der gemessene Widerstand von der Eintauchtiefe bzw. der Größe der Elektrodenoberfläche abhängt. Er nimmt mit größerer Oberfläche ab. Ebenso können wir herausfinden, daß der Abstand der Elektroden eine Rolle spielt. Je näher die Elektroden, um so kleiner der Widerstand. Uns interessiert aber nicht die Größe oder der Abstand von Elektroden, sondern der Beitrag des jeweiligen Wassers zur Leitfähigkeit. Unsere Vorväter haben sich daher eine Norm ausgedacht. Die Elektroden haben grundsätzlich einen Quadratzentimeter Oberfläche und ein Zentimeter Abstand. Bei allen Elektroden, die von diesem Maß abweichen, wird das Meßergebnis auf diese Norm umgerechnet. Wählt man nun noch als Meßtemperatur 25°C oder rechnet darauf um, so sind alle Meßergebnisse, gleich mit welchem Gerät auch gemessen, miteinander vergleichbar. Würde man die Leitfähigkeit mit Gleichspannung messen, so würde sich an den Elektroden Stoffe abscheiden und die Elektrode stark verändern. Man benutzt daher Wechselspannungen von 50-2000 Hertz(Schwingungen pro Sekunde). 3.) LEITFÄHIGKEITSMESSUNGEN Handelsübliche Meßgeräte bestehen aus einem Gehäuse mit Anzeige und Schalter, sowie einer Elektrode, die zur Messung ins Wasser gehalten wird. Moderne Geräte besitzen automatische Bereichsumschaltung und Temperaturkompensation. Es gibt wohl nichts, was schneller und einfacher gemessen werden kann als die Leitfähigkeit. Der Meßwert wird in Mikrosiemens pro Zentimeter angegeben. In der Liebhaberliteratur wird der letzte Teil häufig unterschlagen. Man spricht von Mikrosiemens und läßt den Rest weg. Abgekürzt heißt es richtig: µS/cm. Der gemessene Wert sagt nichts darüber aus, was die Leitfähigkeit verursacht. Es ist ein Summen-Parameter. Jedes im Wasser gelöste Salz erzeugt einen Teil der Leitfähigkeit. Wir messen die Summe davon. Vollentsalztes Wasser hat praktisch keine Leitfähigkeit. Die Qualität einer Vollentsalzung läßt sich daher gut messen. Zeigt das Gerät nichts an, dann ist das Wasser gut. Seewasser enthält als Hauptbestandteil Kochsalz, das in Natrium-Ionen und Chlorid-Ionen zerfallen ist. Bei einer Dichte von 1,023 g/ml bei 25°C hat es einen Salzgehalt von 35 Promille und eine Leitfähigkeit von 53000 µS/cm oder 53 mS/cm (Millisiemens pro Zentimeter). Hat unser Meßgerät einen passenden Meßbereich, so können wir die Dichte bzw. Salinität sehr einfach messen. Beitrag verschiedener Stoffe zur Leitfähigkeit bei 25°
5.) BEISPIELE FÜR DIE KONTROLLE VON WASSERANALYSEN. a.) Ein Leitungswasser soll 10° Gesamthärte, davon 7° Karbonathärte haben. Nach obiger Tabelle ergibt das eine Mindestleitfähigkeit von 393 µS/cm. Ist die gemessene Leitfähigkeit erheblich niedriger, so stimmt eine der Messungen nicht. b.) Ein beliebiges Wasser hat einen pH von 4. Dann muß seine Leitfähigkeit mindestens 42 µS/cm betragen, oder eine der Messungen stimmt nicht. c.) Wird in einem Aquarienwasser 800 µS/cm gemessen, dann kann die Gesamthärte maximal 17°dH sein, wenn keine Karbonathärte vorhanden ist. Besteht die Härte nur aus Karbonathärte, so kann sie nicht höher als 22°dH sein. Ist sie wesentlich niedriger, z.B. 10°dKH und 12°dGH, so bleiben 346 µS/cm für Salze übrig, die keine Härtebildner sind, z.B. Kochsalz. Das wären dann etwa 165 mg/L NaCl. d.) Ein Revers-Osmose-Wasser hat eine Leitfähigkeit von 25 µS/cm. Dann muß die Gesamthärte unter 0,7°dH liegen. Diese Methode erlaubt auch die Maximalhärten von natürlichen Weichwässern abzuschätzen, wenn sie unter 1°dH liegen und die Tropftests keine brauchbaren Ergebnisse mehr liefern. e.) Ein Wasser mit 10°GH wurde mit Salzsäure auf pH 3 angesäuert. Die Karbonathärte wurde in Chloridhärte umgewandelt, die die gleiche Leitfähigkeit wie Sulfathärte hat. Der Beitrag der freien Säure beträgt 409 µS/cm, der der Härte beträgt etwa 470 µS/cm, zusammen etwa 879 µS/cm. f.) Ein vollentsalztes Wasser hat eine Leitfähigkeit von 4 µS/cm. Dann muß sein pH-Wert zwischen 5 und 9,5, seine Härte unter 0,1 °dH, sein Salzgehalt unter 5 mg/L liegen. Zwar ist die Leitfähigkeit verschiedener Stoffe nicht streng proportional (im geraden Verhältnis zu) der Konzentration, aber doch ein gutes Hilfsmittel. Die obige Tabelle sowie die Beispiele ließen sich noch viel weiter treiben. Das würde aber den Rahmen dieses Artikels sprengen. 6.) ZUR PRAXIS DER LEITFÄHIGKEITSMESSUNG. Die Messung ist sehr einfach: Man stellt das Gerät an, taucht die Elektrode ein, liest den Meßwert ab und notiert ihn. Das ist alles. Bei älteren Geräten muß man eventuell auf den passenden Meßbereich umschalten; bei neueren Geräten geht das automatisch. Letztere haben auch eine eingebaute Temperaturkompensation. Ein Temperaturfühler ist Bestandteil der Elektrode. Der Meßwert wird auf 25°C umgerechnet. Wenn das Gerät das nicht kann, muß man zumindest die Temperatur des Wassers messen und notieren, besser aber auf 25°C umrechnen. Ein Grad Celsius Temperaturerhöhung verursacht einen Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit um etwa 2,2%.
Im Dauerbetrieb ist es notwendig, mit einer kleinen Bürste die Elektrode zu reinigen. Bewahrt man sie trocken auf, so ist die Reinigung mit einem Spülmittel zu empfehlen, da Fett zu Meßfehlern führt. Manche Meßgeräte lassen sich eichen, manche nicht. Zur Eichung wird eine genau angesetzte Kaliumchloridlösung bei 25°C benutzt. Bei Geräten ohne Eichmöglichkeit kann man so die Funktion kontrollieren, wenn man das möchte. Bei der Messung sollte die Elektrode frei im Wasser schweben. Die Berührung einer Wand kann zu Meßfehlern führen. Vollentsalztes Wasser ist nicht zur Kontrolle des Meßgerätes geeignet! Die theoretische Leitfähigkeit von 0,055 µS/cm bei 25°C. Dieser Wert wird nur unter idealen Bedingungen erreicht. Geringste Behälterverschmutzungen und das Kohlendioxid aus der Luft treiben den Wert schnell auf einige µS/cm!
7.) ANWENDUNGEN FÜR EIN LEITFÄHIGKEITSMESSGERÄT Einige Anwendungen wurden schon aufgezählt, wie die Kontrolle von Weichwasser oder vollentsalztem Wasser. Will man z.B. wissen, ob die Vollentsalzung oder die Revers-Osmose noch in Ordnung ist, so mißt man die Leitfähigkeit! Der Seewasser-Aquarianer benutzt es statt der Dichtemessung, um die Salzkonzentration des Seewassers zu kontrollieren. Tabellen zur Auswertung findet er z.B. bei Horst/Kipper: Die optimale Aquarienkontrolle. Sehr schön läßt sich das Meßgerät zur Kontrolle von Süßwasseraquarien verwenden. Bekanntlich steigt durch Wasserverdunstung und Mineralisation des Fischfutters die Leitfähigkeit des Aquarienwassers allmählich an. Vergleicht man die Leitfähigkeit des Aquarienwassers mit der des Leitungswassers bei gleicher Temperatur, so ist die Differenz umso größer, je älter das Wasser ist. Der Anstieg ist nicht linear. überschreitet man den Ausgangswert um 50%, so wird es höchste Zeit, einen Teil des Wassers zu wechseln. Noch besser erkennt man die Verschlechterung der Qualität beim Weichwasser! Hier spielt die Mineralisation der Futterstoffe die Hauptrolle beim Anstieg der Leitfähigkeit! 8.) UND WAS IST LEITWERT? Der Leser, der bis hierher durchgehalten hat, wird sich darüber gewundert haben, daß ich ständig den Begriff „elektrische Leitfähigkeit“ benutze. Das hat einen ganz einfachen Grund: DIN 38404 schreibt das so vor. Unter uns können wir getrost weiter vom Leitwert reden und hinter µS das cm weglassen. Jeder weiß, was gemeint ist. Früher war es noch komplizierter. Man sprach von spezifischer elektrolytischer Leitfähigkeit (englisch: Conductance), um zu betonen, daß die Ionenleitfähigkeit gemeint ist und die Meßzelle ein Würfel von 1 cm Kantenlänge ist. Die käuflichen Geräte nennt man Conductometer oder Leitwertmesser. |
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