Die elektrische Leitfähigkeit, kurz EC-Wert (von englisch: electrical conductivity), gehört zu den wichtigsten Messparametern in der Wasseranalyse. Sie gibt an, wie gut eine Flüssigkeit elektrischen Strom leiten kann, und liefert damit wertvolle Informationen über die darin gelösten Stoffe.
In diesem Artikel erfahren Sie, was die Leitfähigkeit beeinflusst, wie sie gemessen wird, wie die Kalibrierung funktioniert und welche typischen Werte in verschiedenen Anwendungen zu erwarten sind.
Was ist elektrische Leitfähigkeit?
Elektrische Leitfähigkeit beschreibt die Fähigkeit einer Flüssigkeit, elektrischen Strom zu leiten. In wässrigen Lösungen hängt diese Fähigkeit direkt von den darin gelösten Ionen ab: Je mehr Ionen vorhanden sind, desto besser leitet die Flüssigkeit Strom und desto höher ist der EC-Wert [1].
Reines destilliertes Wasser enthält kaum Ionen und leitet daher elektrischen Strom nur sehr schlecht. Sobald Salze, Mineralstoffe oder andere ionische Verbindungen gelöst werden, steigt die Leitfähigkeit messbar an.
Die Leitfähigkeit wird in der Regel in Mikrosiemens pro Zentimeter (µS/cm) oder Millisiemens pro Zentimeter (mS/cm) angegeben. Für sehr reine Wässer wird manchmal auch die Einheit Megaohm·cm (MΩ·cm) verwendet, die den elektrischen Widerstand beschreibt und umgekehrt proportional zur Leitfähigkeit ist.
Der EC-Wert steht in engem Zusammenhang mit dem TDS-Wert (Total Dissolved Solids), also der Gesamtmenge der gelösten Feststoffe. Viele Leitfähigkeitsmessgeräte berechnen den TDS-Wert direkt aus der gemessenen Leitfähigkeit über einen festen Umrechnungsfaktor.
Mehr dazu: Was ist TDS?
Was beeinflusst die Leitfähigkeit einer Lösung?
Es gibt drei Hauptfaktoren, die den EC-Wert einer Lösung bestimmen:
1. Ionenkonzentration
Je mehr Ionen in einer Lösung vorhanden sind, desto höher ist die Leitfähigkeit. Ein Elektrolyt besteht aus gelösten Ionen wie Natrium (Na+) und Chlorid (Cl-), die elektrische Ladungen tragen und sich durch das Wasser bewegen können. Mehr gelöste Ionen bedeuten mehr Ladungsträger und damit eine höhere Leitfähigkeit [1].
2. Art der Ionen
Nicht alle Ionen leiten gleich gut. Wasserstoffionen (H+) und Hydroxidionen (OH-) sind besonders mobile Ladungsträger und erhöhen die Leitfähigkeit stärker als andere Ionen gleicher Konzentration. Größere, schwerere Ionen bewegen sich langsamer durch das Wasser und tragen weniger zur Leitfähigkeit bei [2].
3. Temperatur
Mit steigender Temperatur nimmt die Leitfähigkeit zu, weil sich Ionen bei höheren Temperaturen schneller durch das Wasser bewegen. Dieser Effekt beträgt typischerweise etwa 2 Prozent pro Grad Celsius [1]. Aus diesem Grund verfügen gute Leitfähigkeitsmessgeräte über eine automatische Temperaturkompensation (ATC), die alle Messwerte auf einen Referenzwert von 25 °C umrechnet und damit vergleichbare Ergebnisse liefert.
Wie wird die Leitfähigkeit gemessen?
Die Leitfähigkeitsmessung erfolgt mit einer Sonde, die in die Probe eingetaucht wird. Die Sonde enthält zwei oder mehr Elektroden, zwischen denen eine Wechselspannung angelegt wird. Das Messgerät erfasst den fließenden Strom und berechnet daraus die Leitfähigkeit der Lösung [1].
Moderne Leitfähigkeitsmessgeräte geben den Wert direkt temperaturkompensiert in µS/cm oder mS/cm aus.
Der Messablauf ist unkompliziert:
Schritt 1: Gerät kalibrieren
Vor der Messung sollte das Gerät mit einer geeigneten Kalibrierlösung kalibriert werden. Mehr dazu im nächsten Abschnitt.
Schritt 2: Sonde vorbereiten
Die Sonde mit destilliertem Wasser abspülen und vorsichtig abtupfen, um Rückstände zu entfernen.
Schritt 3: Messen
Die Sonde vollständig in die Probe eintauchen. Darauf achten, dass die Elektroden vollständig benetzt sind und keine Luftblasen zwischen den Elektroden haften. Durch leichtes Schwenken lässt sich ein stabiler Wert schneller erreichen.
Schritt 4: Wert ablesen
Erst wenn das Gerät einen stabilen Wert anzeigt, wird das Ergebnis abgelesen. Bei Geräten mit ATC wird der temperaturkompensierte Wert automatisch angezeigt.
Schritt 5: Sonde reinigen
Nach der Messung die Sonde erneut mit destilliertem Wasser abspülen.
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Kalibrierung eines Leitfähigkeitsmessgeräts
Um genaue Messergebnisse zu erzielen, sollte ein Leitfähigkeitsmessgerät regelmäßig kalibriert werden. Die Kalibrierung erfolgt mit Kaliumchlorid-Lösungen (KCl) bekannter Konzentration, deren Leitfähigkeitswerte genau definiert sind [1].
Ein häufig verwendeter Standard ist eine 0,01 mol/l KCl-Lösung, die bei 25 °C eine Leitfähigkeit von 1412 µS/cm aufweist [1]. Für optimale Genauigkeit sollte der Kalibrierstandard möglichst nah am zu erwartenden Messbereich liegen.
Für Messungen über einen weiten Bereich empfiehlt sich eine Mehrpunktkalibrierung mit zwei bis fünf Standards unterschiedlicher Konzentration [1]. Viele Apera Geräte erkennen die Standardlösung automatisch und führen die Kalibrierung entsprechend durch.
Zu den Apera Kalibrierlösungen für Leitfähigkeit
Typische Leitfähigkeitswerte in der Praxis
Der EC-Wert variiert je nach Anwendung erheblich. Hier einige Orientierungswerte [1][2]:
| Wasser / Anwendung | Typischer EC-Wert |
|---|---|
| Destilliertes Wasser | < 1 µS/cm |
| Regenwasser | 2 bis 100 µS/cm |
| Trinkwasser | 50 bis 500 µS/cm |
| Hydrokultur | 800 bis 2500 µS/cm |
| Meerwasser | 45 bis 55 mS/cm |
| Industrieabwasser | stark variierend |
In der Hydrokultur ist der EC-Wert ein direktes Maß für den Nährstoffgehalt der Nährlösung. Ein zu niedriger Wert bedeutet Nährstoffmangel, ein zu hoher Wert kann die Wurzeln schädigen.
In der Wasseraufbereitung und Trinkwasseranalyse gibt der EC-Wert Aufschluss über den Mineralisierungsgrad des Wassers und kann auf Verunreinigungen hinweisen.
In der Aquakultur ist die Leitfähigkeit ein wichtiger Parameter für die Überwachung der Wasserqualität, besonders in Kombination mit pH-Wert und Sauerstoffgehalt.
Leitfähigkeit und Salzgehalt
In Salzwasseranwendungen wie der Aquakultur oder Meerwasseranalyse wird die Leitfähigkeit häufig auch zur Berechnung des Salzgehalts (Salinität) verwendet. Der Zusammenhang zwischen Leitfähigkeit und Salzgehalt ist gut dokumentiert und bildet die Grundlage der Practical Salinity Scale (PSS-78) [3].
Viele Apera Geräte berechnen Salzgehalt und TDS-Wert direkt aus der gemessenen Leitfähigkeit und zeigen alle Werte gleichzeitig an.
Mehr dazu: Was ist Salinität?
Fazit
Die Leitfähigkeitsmessung ist eine schnelle, zuverlässige Methode, um wichtige Informationen über den Ionengehalt einer Flüssigkeit zu erhalten. Mit dem richtigen Gerät, einer regelmäßigen Kalibrierung und der Berücksichtigung des Temperatureinflusses lassen sich stabile und vergleichbare Messwerte erzielen.
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Häufige Fragen zur Leitfähigkeitsmessung
Was misst ein Leitfähigkeitsmessgerät genau?
Es misst die Fähigkeit einer Flüssigkeit, elektrischen Strom zu leiten. Diese hängt direkt von der Anzahl und Art der gelösten Ionen ab und wird in µS/cm oder mS/cm angegeben.
Warum beeinflusst die Temperatur die Leitfähigkeit?
Bei höheren Temperaturen bewegen sich Ionen schneller durch das Wasser, was die Leitfähigkeit erhöht. Der Effekt beträgt etwa 2 Prozent pro Grad Celsius. Geräte mit automatischer Temperaturkompensation (ATC) rechnen alle Werte auf 25 °C um, damit Messungen vergleichbar bleiben.
Wie oft sollte ein Leitfähigkeitsmessgerät kalibriert werden?
Bei regelmäßiger Nutzung empfiehlt sich eine Kalibrierung vor jeder Messreihe oder mindestens einmal täglich. Bei seltener Nutzung vor jeder Messsitzung.
Was ist der Unterschied zwischen EC und TDS?
EC misst die elektrische Leitfähigkeit direkt. TDS beschreibt die Gesamtmenge der gelösten Feststoffe und wird aus dem EC-Wert über einen Umrechnungsfaktor berechnet. Die beiden Werte hängen eng zusammen, sind aber nicht identisch.
Welche Kalibrierlösung brauche ich?
Für die meisten Anwendungen ist eine 0,01 mol/l KCl-Lösung mit 1412 µS/cm bei 25 °C ein guter Standard. Für sehr hohe oder sehr niedrige Leitfähigkeitsbereiche empfehlen sich Lösungen, die näher am zu erwartenden Messbereich liegen.
Kann ich Leitfähigkeit und pH-Wert gleichzeitig messen?
Ja, viele Apera Geräte messen beide Parameter gleichzeitig, was besonders in der Hydrokultur, Aquakultur und Wasseraufbereitung praktisch ist.
Verweise
[1] American Public Health Association (APHA) (2005) Standard methods for examination of water and wastewater, 21st edn. APHA, AWWA, WPCF, Washington.
[2] Haynes, W. M. (2009). CRC handbook of chemistry and physics: a ready-reference book of chemical and physical data. Boca Raton: CRC Press.
[3] Parkhurst, D.L., and Appelo, C.A.J. (2013), Description of input and examples for PHREEQC version 3–A computer program for speciation, batch- reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations: U.S. Geological Survey Techniques and Methods, book 6, chap. A43, 497 p.