Mit einem geeigneten Instrument sind Messungen der elektrischen Leitfähigkeit (EC) relativ schnell und einfach. EC misst die Fähigkeit von Wasser, elektrischen Strom zu leiten, was wiederum von den Ionenkonzentrationen in der Lösung abhängt. Aus diesem Grund liefert EC nützliche Informationen über die Lösung und kann verwendet werden, um die Gesamtmenge der gelösten Feststoffe (TDS) abzuschätzen.

Die Leitfähigkeit von Wasser wird mit einer Sonde gemessen, die in das Wasser eingeführt wird. Mit den Elektroden in der Sonde und der Elektronik im Messgerät kann dieses die Leitfähigkeit messen und einen temperaturkompensierten Leitfähigkeitswert angeben (Einheiten µS / cm ). Um ein genaues Ergebnis zu gewährleisten, wird das Messgerät normalerweise vor der Messung mit mehreren Standards kalibriert.

Kalibrierung des Messgerätes

Um genaue Messungen durchzuführen, wird ein Leitfähigkeitsmessgerät normalerweise unter Verwendung von Kaliumchlorid (KCl) -Lösungen bekannter Konzentration kalibriert. Typischerweise wird ein Standard aus 0,01 M KCl verwendet, der eine Leitfähigkeit von 1412 µS / cm bei 25 ° C aufweist [1] – jedoch ist ein Standard mit einer Leitfähigkeit ähnlich den zu analysierenden Lösungen ideal. Für eine größere Genauigkeit über einen weiten Bereich von Leitfähigkeitswerten können bis zu 3-5 Standards mit unterschiedlichen KCl-Konzentrationen zur Kalibrierung des Messgerätes verwendet werden.

Faktoren, die die Leitfähigkeit beeinflussen

Es gibt drei Hauptfaktoren, die die Leitfähigkeit einer Lösung beeinflussen: die Ionenkonzentrationen, die Art der Ionen und die Temperatur der Lösung.

1) Die Konzentration der gelösten Ionen. Ein Elektrolyt besteht aus gelösten Ionen (wie Na + und Cl-), die elektrische Ladungen tragen und sich durch Wasser bewegen können. Da jedes Ion eine elektrische Ladung tragen kann, kann Wasser mit mehr vorhandenen Ionen eine größere Strommenge leiten. Dies ist der wichtigste der drei Hauptfaktoren.

2) Die Arten von Ionen in Lösung. Unterschiedliche Ionen haben unterschiedliche Fähigkeiten, Ladung zu übertragen. Anorganische Ionen wie Na +, K +, Mg + 2, Ca + 2, HCO 3-, Cl- und SO4-2 neigen dazu, Elektrizität gut zu leiten, obwohl jedes Ion eine andere Fähigkeit hat, Elektrizität zu leiten. Dies hängt von Faktoren wie der Ladung des Ions, seiner Größe und seiner Tendenz zur Wechselwirkung mit Wassermolekülen ab. Schwerere Ionen neigen dazu, sich langsamer zu bewegen, aber kleine Ionen können häufig Wassermoleküle stärker anziehen, was zu einem sich langsam bewegenden hydratisierten Ion führt. Zum Beispiel bewegt das leichte Ion Li + Elektrizität aufgrund seiner stärkeren Wechselwirkung mit Wassermolekülen nur etwa halb so viel wie das schwerere K + -Ion [2].

Organische Substanzen neigen dazu, schlechtere Elektrolyte als anorganische Substanzen zu bilden – hauptsächlich, weil sie eine relativ schwache Tendenz haben, in Ionen zu dissoziieren. Beispielsweise ist Essigsäure eine schwache Säure mit der Tendenz, in ihrer ungeladenen CH 3 COOH0-Form zu bleiben, anstatt sich in die Wasserstoff- (H +) und Acetat- (CH 3 COO-) Ionen zu trennen. Da viele organische Substanzen schwache Säuren sind, steigt die Leitfähigkeit der sie enthaltenden Lösungen mit steigendem pH-Wert tendenziell an. Dies liegt daran, dass organische Säuren dazu neigen, sich in ihre ionischen Formen umzuwandeln, wenn die Lösung basischer wird.

3) Temperatur. Dies ist ein relativ kleiner, aber signifikanter Effekt. Da sich Ionen in wärmerem Wasser schneller bewegen können, steigt die Leitfähigkeit von Wasser mit steigender Temperatur. Die Leitfähigkeit erhöht sich bei jedem Temperaturanstieg um 1 ° C um ca. 1,9% [1] (oder bei jeder Differenz von 1 ° F um etwas mehr als 1%), sodass die Temperatur ausgeglichen werden muss, damit verschiedene Leitfähigkeitsmessungen verglichen werden können.

Temperaturkompensation

Um den Vergleich der Ergebnisse für Proben zu erleichtern, die bei verschiedenen Temperaturen gemessen wurden, werden Leitfähigkeitsmessungen normalerweise als temperaturkompensierte Werte angegeben. Dies bedeutet, dass der angegebene Wert der Leitfähigkeit entspricht, wenn die Temperatur 25 ° C beträgt. Beispielsweise ist die tatsächliche Leitfähigkeit einer bei 20 ° C getesteten Lösung niedriger als der angegebene temperaturkompensierte Wert. Die Temperaturkompensation erfolgt normalerweise automatisch mit einem in die Leitfähigkeitssonde eingebauten Thermistor. Wenn die Leitfähigkeitsmesswerte nicht temperaturkompensiert werden, insbesondere wenn die Temperatur weit von 25 ° C entfernt ist, sind die Ergebnisse nicht zuverlässig.

Kann die Leitfähigkeit ohne Verwendung eines Leitfähigkeitsinstruments bestimmt werden?

Wie oben beschrieben, hängt die Leitfähigkeit von Wasser von der Art und Menge der geladenen Ionen in Lösung ab. Wenn die chemische Zusammensetzung einer Lösung bekannt ist und wenn die vorhandenen Ionen auf gut charakterisierte anorganische Ionen wie Na +, K +, Mg + 2, Ca + 2, HCO3-, Cl- und SO4-2 oder einige organische Ionen beschränkt sind Ionen kann die Leitfähigkeit der Lösung basierend auf den Leitfähigkeitseigenschaften jedes Ions berechnet werden. Dies lässt sich am einfachsten mit einer speziellen chemischen Software wie PHREEQC erreichen [3]. In der Regel ist es jedoch einfacher und direkter, die Leitfähigkeit mit einem entsprechenden Messgerät zu messen.

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.