Ratgeber
In zahlreichen Herstellungs- und Verarbeitungsprozessen spielt die Wasserqualität eine wichtige Rolle. Angefangen bei der Temperatur über den Säuregehalt und die Sauerstoffsättigung bis zur elektrischen Leitfähigkeit. Mit spezifisch auf die jeweiligen physikalischen, chemischen oder mikrobiologischen Eigenschaften abgestimmten Messgeräten lässt sich die Qualität des Wassers einfach und genau überprüfen.
In unserem Ratgeber stellen wir Ihnen die wichtigsten Wassermessgeräte und deren Funktion vor.
Das typische Gerät ist handlich, mobil, relativ leicht zu bedienen und verfügt über ein digitales Display. Es eignet sich nicht nur für die Ermittlung der Trinkwasserqualität, ein ebenso wichtiges Anwendungsgebiet ist die Analyse von Betriebswasser, umgangssprachlich auch als Grau-, Nutz- oder Brauchwasser bezeichnet. Da dieses Wasser in zahlreichen Fällen mit Maschinen in direkte Berührung kommt, können gelöste Stoffe oder Teilchen Schäden anrichten. Dazu gehören beispielsweise Verstopfungen in Filtern, Korrosionen, unerwünschte Oxidationen oder durch hohe Leitfähigkeit bedingte elektrische Fehlfunktionen.
Neben Messinstrumenten für einzelne Wassereigenschaften sind auch Kombigeräte erhältlich. Sie erfassen gleich mehrere Parameter und sind in der Praxis daher recht beliebt.
Bei pH-Messgeräten handelt es sich um ein Instrument zum Messen der Wasserstoffionen-Aktivität in Flüssigkeiten oder wässrigen Lösungen.
Gemessen wird der Säuregrad beziehungsweise die Alkalinität, ausgedrückt im pH-Wert. Er liegt im Allgemeinen zwischen 1 und 14, wobei die Stufe 7 als neutral gilt. Bei darunter liegenden Werten handelt es sich um eine saure, bei darüber liegenden um eine basische Lösung. Salzsäure zum Beispiel besitzt den pH-Wert 1, Natronlauge den pH-Wert 14.
Das pH-Meter besteht in der Regel aus drei verschiedenen Teilen: einer pH-Elektrode, einer Referenzelektrode und einem Anzeigegerät mit hoher Eingangsimpedanz. Beide Elektroden bestehen aus einem mit Silberchlorid überzogenem Silberdraht und befinden sich in der Regel gemeinsam in einer Glassonde.
Im Inneren der Sonde befindet sich als Referenz eine Pufferlösung mit einem pH-Wert von 7. Dieser Wert wird im Gerät gespeichert. Anschließend wird die Referenzlösung durch die Probe ersetzt. Der jetzt gemessene pH-Wert entspricht somit dem Unterschied zwischen der Referenzlösung und der Probenlösung.
Daher ist es wichtig, das Gerät vor jeder Messung mit geeigneten Pufferlösungen zu kalibrieren.
TDS kann sowohl aus organischen als auch aus anorganischen Stoffen wie Metallen, Mineralien, Salzen und Ionen bestehen, die in einem bestimmten Wasservolumen gelöst sind. Die beiden wichtigsten Methoden zur Messung der gesamten gelösten Feststoffe sind die gravimetrische Analyse und die Leitfähigkeit der Probe. Die gravimetrische Methode ist die genaueste und besteht darin, das flüssige Lösungsmittel zu verdampfen und die Masse der verbleibenden Rückstände zu messen. Diese Methode ist im Allgemeinen die beste, sie ist aber auch zeitaufwändig. Wenn anorganische Salze den größten Teil der Feststoffe ausmachen, sind leitfähigkeitsorientierte Methoden besser geeignet.
Die elektrische oder spezifische Leitfähigkeit von Wasser steht in direktem Zusammenhang mit der Konzentration der gelösten ionisierten Feststoffe. Die Ionen verleihen dem Wasser die Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten. Dieser Strom lässt sich daher mit einem spezifischen Leitfähigkeitsmessgerät oder einem TDS-Messgerät ermitteln. Gemessen wird der TDS-Wert in Teilen pro Million, kurz ppm, oder in Milligramm pro Liter.
Es ist wichtig zu wissen, dass ein TDS-Messgerät zwar die TDS-Konzentration im Wasser misst, aber keine Auskunft darüber gibt, welche Schadstoffe das Wasser enthält. Außerdem kann ein TDS-Messgerät nur gelöste Feststoffe messen. Einige Verunreinigungen, wie bestimmte Metalle, Chemikalien, Arzneimittel und Pestizide, lassen sich von einem TDS-Messgerät nicht erfassen.
Sauerstoff ist bekanntlich ein molekularer Bestandteil von Wasser und oft von entscheidender Bedeutung für die Wasserqualität. Sein Anteil lässt sich allerdings deutlich erhöhen, was in einigen Herstellungs- und Verarbeitungsprozessen notwendig sein kann. Zur Messung des Sauerstoffgehalts im Wasser sind unterschiedliche Verfahren im Einsatz, eines der häufigsten ist die galvanische Messung.
Der hier verwendete Sensor besitzt Elektroden aus ungleichen Metallen. Die Anode besteht in der Regel aus Zink, Blei oder einem anderen aktiven Metall, während die Kathode aus Silber oder einem anderen Edelmetall besteht. Eine Elektrolytlösung mit Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid dient als Katalysator für die Sauerstoffreaktion.
Die ungleichen Elektroden polarisieren sich selbst, wobei die Elektronen intern von der Anode zur Kathode wandern. Die Kathode selbst verändert sich nicht, sie dient nur zur Weiterleitung der Elektronen und greift nicht in die Reaktion ein. So wird nur die Anode oxidiert und der Sauerstoff an der Oberfläche der Kathode reduziert. Die Silberkathode nimmt Elektronen von der Anode auf und gibt sie an die Sauerstoffmoleküle weiter. Der durch die Sauerstoffreduktion erzeugte Strom ist proportional zum Partialdruck des Sauerstoffs in der Wasserprobe.
Neben Messinstrumenten mit Sensoren, die unmittelbar mit der Probe interagieren, gibt es auch berührungslose Verfahren. Das Wichtigste ist die Photometrie. Bei Photometern wird die Lichtdurchlässigkeit bei einer bestimmten Wellenlänge durch eine farblich veränderte Wasserprobe gemessen.
Die erste Messung erfolgt durch eine Lichtquelle an einer unbehandelten Wasserprobe, die zweite nach Hinzufügen einer farbverändernden Chemikalie. Je nach Reagenz und in der Probe gelöster Stoffe ändert sich die Farbe der Probe und damit ihre Lichtdurchlässigkeit für bestimmte Wellenlängen. Die Differenz wird durch die unterschiedlichen Ausgangsspannungen einer Fotozelle ermittelt und mit ppm angezeigt. Die Belastung des Wassers, beispielsweise mit Chlor, lässt sich so leicht und schnell ermitteln. Photometer sind in der Regel recht genau und können Werte unterhalb von 1 ppm erreichen.
Die meisten Analysegeräte beschränken sich auf die Anzeige der jeweiligen Werte auf dem Display. Nur hochwertige Geräte, zum Beispiel für den industriellen Einsatz oder für den Laborbetrieb, sind mit Schnittstellen ausgerüstet. Die populärsten kabelgebundenen sind USB und RS-232, als Funkschnittstelle dient der Bluetooth-Standard.