Leitf¤higkeits-Fibel – Eine Einf¼hrung in die Konduktometrie

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Die „Leitfähigkeits-Fibel – Einführung in die Konduktometrie für Praktiker”, wurde im Jahre 1997 in Weilheim durch den die WTW (Wissenschaftlich-Technische Werkstätten [Weilheim i. OB]) im Eigenverlag veröffentlicht. Das Werk besteht ursprünglich aus 73 Buchseiten, von denen sich 58 (hier vorliegend) auf die Konduktometrie und die verbleibenden auf Produktwerbung beziehen.

Text of Leitf¤higkeits-Fibel – Eine Einf¼hrung in die Konduktometrie

  • -=(( WTW ))=--

    Leitfhigkeits-Fibel

    Einfhrung

    in die

    Konduktometrie

    Erfahrung Fortschritt Qualitt

    Schutzgebhr DM 4,-

  • ----(( VVTVVJ)----

    Leitfhigkeits-Fibel

    Einfhrung in die Konduktometrie fr Praktiker

    Herausgegeben im Selbstverlag:

    WISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE WERKSTTTEN GMBH

    82362 WEILHEIM i. OB

  • Vorwort

    Mitte der fnfziger Jahre brachte WTW die erste Leitfhigkeitsmeeinrichtung auf den Markt. Begleitend verffentlichte WTW in den darauffolgenden Jahren zahlreiche Aufstze ber Leitfhigkeitsmessungen und -titrationen. 1980 erschien dann die erste Leitfhigkeits-Fibel. Diese viel beachtete und oft zitierte, leicht verstndliche Einfhrung in die elektrische Leitfhigkeit und ihre Metechnik wurde 1984 neu aufgelegt und ergnzt.

    In der Zwischenzeit hat sich die Mikroprozessor-Metechnik bei Leitfhigkeits-messungen weitgehend durchgesetzt und viele neue Anwendungsmglichkei-ten fr die Konduktometrie erschlossen. Aus diesem Grund war es wieder einmal notwendig, die Leitfhigkeits-Fibel zu aktualisieren und den heutigen Entwicklungsstand darzustellen.

    Am Aufbau der Fibel haben wir wenig verndert. Der Schwerpunkt liegt nun auf den Mikroprozessor-Megerten und auf den Vier-Elektroden-Mezellen.

    Die Begriffe und Einheiten der Leitfhigkeit konnten weitgehend bernommen werden. Begriffe, Einheiten und Formelzeichen der wasserchemischen Konzen-trationsmae wurden den DIN-Normen und den Deutschen Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung angepat.

    In diese Fibel sind das Wissen und die Erfahrung eines Unternehmens einge-flossen, das seit mehr als 35 Jahren intensiv auf dem Gebiet der professionel-len Leitfhigkeitsmetechnik ttig ist und von Anfang an an vorderster Front der Gerteentwicklung steht und durch die hohe, gesicherte Qualitt seiner Produkte weltweit einen guten Namen hat.

    Mge die vorliegende LF-Fibel dieselbe positive Aufnahme bei Kunden und Freunden des Hauses WTW finden wie die vorangegangenen Auflagen und ihren Zweck erfllen, bei den Anwendern das Verstndnis fr die zeitgeme Leitfhigkeitsmetechnik zu vertiefen.

    Weilheim, im August 1997 Geschftsfhrer Vertrieb Wolfgang Sohn

  • Inhaltsverzeichnis

    1 Elektrische Leitfhigkeit und ihre Metechnik ... .... ..... ... .. 5 1.1 Elektrische Leitfhigkeit.. ....... ............. ... ... ..... ...... ....... .... .... ..... ... 5 1.2 Stromleitung in wrigen Lsungen... ........... ...... ....... ....... ......... 8 1.3 Leitfhigkeit realer Lsungen ... .. ............. ... ...... .... ...... ....... . 9 1.4 Leitfhigkeit und Temperatur ... .... ...... .. . . . .. . ... . .. ... .... ... ... . 11

    1.4.1 Temperaturabhngigkeit... .. .. . .. ...... ... ...... ...... ...... 11 1.4.2 Temperaturkompensation ...... ............. ... ............. .. . ... 11

    1.5 Leitfhigkeitsmezellen und ihre Eigenschaften .. ........... ......... 13 1.5.1 Zwei-Elektroden-Mezellen ............. ....... .......... .... .. .... 13

    1.5.1.1 Allgemeine Eigenschaften ............ ... .......... .... . 13 1.5.1.2 Kabelwiderstand ........ . .. .......... .... ... .... ...... ...... 14

    1.5.2 Vier-Elektroden-Mezelle .. ........ .. . .. .. .... ... ..... ...... 15 1.5.3 Elektrodenlose Mezellen ........ ....... ..... ....... ... .. . .... . 17

    1.6 Megerte ..... ... ...... ...... .. ... ... ... ... ..... ... .... .. .... .............. ....... ... 18 1.6.1 Mebrcke nach Wheatstone ....... ... ......... . . . .. .... . 19 1 .6.2 Konventionelle Konduktometer. ..... .......... .... .... .......... .. ... 19 1.6.3 Mikroprozessor-Konduktometer ............ ... ........ . .... ... 20

    2 Stichworte zur Leitfhigkeit und ihrer Metechnik ... .. ...... 21 2.1 Konzentrationsmae fr Lsungen . .... .. ........... . .. .... ....... 21 2.2 Leitfhigkeitsangaben ... ... .. .... .. ..... ........ .... .... ............ .. ... ......... ... 22 2.3 Kalibrierlsungen ........................... ......... .... ............ .. ... ....... ........ 24 2.4 Elektrolytische Dissoziation. .... ... ......... .. .. ........... .............. .. 26 2.5 Neutrale Reinstwsser ... ... .... ..... ...... ......... .... .. ......... ... ............. . 27 2.6 Salinitt ....... ......... ....... ............. ................ ..... ............................. . 28 2.7 Ersatzschaltbilder und Polarisationswiderstnde .. . 30 2.8 Platinierung ... ............ ... .. .... .. .......... ..... ...... ...... .......... ................. 33 2.9 Bestimmung der Zellenkonstanten ............. .... ... .... .... .. .. ... 34

    2.9.1 Mittlerer und hoher Leitfhigkeitsbereich ....... ..... ..... ..... 34 2.9.2 Tiefer Leitfhigkeitsbereich ..... .. ...... .. ......... .... ........ . 35

    3 Metechnische Hinweise .... .. . ............. ... ..... . ... ... ....... ... ........ .. 35 3.1 Allgemeines ....... ......... ........ . .............. ... . ......... .................... .. 35 3.2 Einflsse des Elektrodenmaterials ...... ..... ..... .. ........... ........ ...... .. 36 3.3 Messung kleiner Leitfhigkeiten .. ........ . ..... . . .. .. .... ............. 36 3.4 Messungen groer Leitfhigkeitsunterschiede .. ...... .. .. 36 3.5 Behandlung von Mezellen in Mepausen .... .... ..... ..... .......... .... 37

    4 Anwendung der Leitfhigkeitsmessung .......... ............. .......... 37 4.1 Reinheitskontrolle ... ..... ... .. . ...... ...... ........... ... .... ......... ............. . 37

    4.1 .1 Reinheitskontrolle von Wasser ... . .. .. . . .. ... .. ..... . 37

  • 4.1.2 Reinheitskontrolle nichtwriger Flssigkeiten .............. 38 4.1.3 Reinheitskontrolle von Feststoffen . ... . .. ....... .. ... .. 38

    4.2 Betriebskontrolle ..... ........ ... ......... ..... ... ..... ...... ... .. ........ .. 39 4.2.1 Splprozesse .... ..... .. .............. ... ..... . .... ........ 39 4.2.2 Kontrolle von Dosiereinrichtungen .. .. .. 39 4.2.3 Dialysatbereitung zur Blutwsche .. .......... ... ... ..... ..... 39 4.2.4 Organische Lsungsmittel ....... ... .. . .... ... .. ....... ... 40 4.2.5 Mehrstoffsysteme .... ....... ... ... ......... ............... 40 4.2.6 Kontinuierliche Messung der Leitfhigkeit in

    Abwasserbehandlungsanlagen ............... . . ... ...... .... 41 4.3 Untersuchungen an Lebensmitteln ..... .... ... ...... ... . ........ 42

    4.3.1 Erfassung der Fleischbeschaffenheit beim Schwein .... 42 4.3.2 Konduktometrische Milchuntersuchung zur

    Frherkennung kranker Euter von Khen . .... . 43 4.3.3 Bestimmung der Weinasche .... ... .. .... .............. .......... 43 4.3.4 Honig .... .. . ... ..... .. . .......... .... ... . .... ..... ............. . 43 4.3.5 Aschebestimmung in Zucker .... .. ... .. .. . ........ 44

    4.4 Konduktometrische Methoden ............ ...... ... .... .. ... ......... 45 4.4.1 Reaktionskinetische Untersuchungen . . .... .. 45 4.4.2 Bestimmung der Lslichkeit.... .. . . . ...... .. .. . ...... .. 45 4.4.3 Konduktometrische Titration . .. . ... .. .. 46

    4.5 Verschiedenes. ........ ... .. ... . ... ... . .... .. . ..... ... 47 4.5.1 berwachung mikrobieller Aktivitten .... ...... .. 47 4.5.2 Blutverlust ...... .. . ................... .. .......... . .. . ..... 47 4.5.3 Salzgehalt von Bden ... ...... ... ... .... .. . . .......... .. 47 4.5.4 berwachung von Oberflchenwssern .. .. ..... . .... 48 4.5.5 Anionenchromatographie .... .... . .... .. .. 48 4.5.6 Bestimmung des Wassergehaltes .. . . .... .... . ... .. 48 4.5.7 Gasanalyse .. ....... ..... ....... ........... .......... ... ........ .. 49 4.5.8 Bestimmung der Porositt .. . .... ... .. .. .. 49 4.5.9 Konzentrationsbestimmungen ... ... .. .. . .... . ........ 49 4.5. 10 Abdampfrckstand ..... .. ..... ... .... ... .. .. .. 49 4.5.11 Messung in sehr kleinen Probemengen ... .. .. .... .. 50

    5 Auswahl von Leitfhigkeitsmeeinrichtungen. .. .. .. .... .. 51 5.1 Auswahl von Megerten .. . ... .. . .. ... .... .. .. .. .. .. 51 5.2 Auswahl von Mezellen .... .. .......... ... . .. ...... .. .. ... .. 51

    Verzeichnis der Normen ....... .... .. . ... .. .. .. ... 56 Stichwortverzeichnis ...... .... ......... ..... . . . .... . . . . .. .. . ...... . . . .. . ........ . . ..... 57 Auszug aus Gesamtkatalog .... . . . .... .. ... . .. .. . . ... 59 Technische Kundenberatung . . .. . . . ... .. . ... . .. .. . .74 Produktspektrum .. ... .......................... ... ... ...... .... . . ... ... . ... ....... 75

  • 1 Elektrische Leitfhigkeit und ihre Metechnik

    1.1 Elektrische Leitfhigkeit

    Alle Stoffe, seien es Feststoffe, Flssigkeiten oder Gase, die bewegliche La-dungstrger aufweisen, wie z.B. Elektronen oder Ionen, besitzen einen endli-chen ohmschen Widerstand und damit einen mebaren elektrischen Leitwert oder eine elektrische Leitfhigkeit.

    Der elektrische Leitwert G ist der Kehrwert des ohmschen Widerstandes R. Beide Gren hngen von den rumlichen Abmessungen des untersuchten Leiters ab.

    Betrachten wir einen zylindrischen Leiter der Lnge 1 mit dem Querschnitt A, so nimmt der Widerstand R mit wachsender Lnge zu. Der Widerstand ist bei gleichbleibender Lnge fr einen groen Querschnitt geringer als fr einen kleinen Durchmesser. Es gilt:

    fr den in Abbildung 1 dargestellten Leiter.

    A

    L 1 - j Abb. 1: Zylindrischer Leiter

    p stellt den spezifischen Widerstand dar. Er ist eine stoffcharakteristische Gre und ist unabhngig von den geometrischen Abmessungen des unter-suchten Krpers. In Formel (1) wird R in Ohm gemessen, 1 in m oder cm, A in m2 oder cm2 Fr p ergeben sich dann die entsprechenden E