Leitfähigkeitsmessungen

Leitfähigkeitsmessungen erfassen die Fähigkeit einer Flüssigkeit, elektrischen Strom zu leiten. Sie dienen der Bestimmung der Leitfähigkeit eines Mediums, die vor allem von der Ionenstärke, der Art der Ionen und der Temperatur abhängt. Die gemessene Größe ist die elektrische Leitfähigkeit κ, ausgedrückt in Siemens pro Meter (S/m). In der Praxis werden auch Mikro- oder Millisieemens pro Zentimeter (μS/cm, mS/cm) verwendet, insbesondere im Bereich der Wasseranalyse.

Das Messprinzip basiert auf dem Zusammenhang zwischen gemessener Leitfähigkeit, dem gemessenen Leitwert G der Zelle und dem Zellenfaktor K: κ = G / K. Der Zellenfaktor K ergibt sich aus Geometrie der Messzelle, üblicherweise als Verhältnis Fläche der Elektroden zu ihrem Abstand angegeben. Je größer K, desto höher der Leitwert bei gleicher Leitfähigkeit.

Es gibt zwei Grundtypen von Messaufbauten. Zwei-Elektroden-Systeme nutzen Anode und Kathode als Strom- und Spannungsabnehmer; hier kann die Messung durch Elektrodenpolarisation verzerrt sein, besonders bei niedrigen Konzentrationen. Vier-Elektroden-Systeme verwenden separate Mess- und Sendeelektroden, wodurch Polarisationseffekte minimiert werden. Oft kommen Wechselstromquellen zum Einsatz, um Gleichstromeffekte und Fouling zu reduzieren.

Aufbau und Betrieb umfassen ein Leitfähigkeitsmessgerät, eine Leitfähigkeitszelle und einen Temperatursensor. Temperaturkompensation ist wesentlich, da Leitfähigkeit stark temperaturabhängig ist. Zur Kalibrierung dienen Standards mit bekannten Leitfähigkeiten, typischerweise Lösungen auf Kaliumchlorid-Basis, bei Referenztemperaturen (häufig 25°C).

Anwendungen finden sich in Umwelt- und Trinkwasseranalytik, Prozess- und Lebensmittelindustrie, Biotechnologie sowie in der Chemie. Grenzen ergeben sich durch sehr geringe Leitfähigkeit, Temperatur- und Ionenzusammensetzung, Elektrodenverschleiß und Fouling der Messzelle.