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Wasserhärteüberwachung mit ionenselektiven Sensoren

Ionenselektive Elektroden besitzen eine hohe Selektivität für bestimmte Ionen. Sie dienen als Sensoren für die Konzentration bzw. die Aktivität dieser bestimmten Ionen in wässriger Lösung. Mit Hilfe einer zweiten Elektrode (Referenzelektrode) wird die Spannung zwischen den Elektroden gemessen und daraus die Konzentration bestimmt. Die Spannung ist abhängig von der Aktivität des betreffenden Ions.

Prinzipskizze ionenselektive Messung

Prinzipskizze ionenselektive Messung

In der folgenden Animation soll schematisch die Arbeitsweise  eines ionenselektiven Härtesensors, insbesondere die Aktivitäten der Ionen an der Sensormembran, dargestellt werden.

Das Bild zeigt einen Schnitt durch einen Sensorkopf mit metallischer elektrischer Ableitung (interne Elektrode) und ionenselektiver Membran in einer Probeflüssigkeit.  Die unterschiedlichen Ionen in der Probenflüssigkeit werden durch verschiedene Farbpunkte dargestellt, beispielsweise Natriumionen mit roten, Calcium- und Magnesiumionen mit blauen Punkten.

Durch die Sensormembran diffundieren Calcium- und Magnesiumionen aus der Probeflüssigkeit zum Innenelektrolyt mit dem Bestreben, eine gleiche Ionen-Konzentration auf beiden Seiten der Membran aufzubauen. Die dabei entstehende elektrische Spannung wird gemessen und zur Bestimmung der Wasserhärte ausgewertet.  Je nach Anzahl der Ca/Mg-Ionen entsteht eine niedrige oder hohe Spannung, die an die elektrische Ableitung übertragen wird.

Vorteile ionenselektiver Härtesensoren:

schnelle Messungen
Die Messungen dauern nur Sekunden bis wenige Minuten. Anders als bei Verfahren, die auf der Ausdehnung von Volumen beruhen (Quellharzsensoren), liegen aktuelle Messergebnisse sofort nach der Messung vor und ermöglichen so ein schnelles Eingreifen in den Enthärtungsprozess.

einfache und ökologische Messungen
Im Gegensatz zur Titration oder anderer photometrischer Verfahren werden keine Reagenzien und aufwendige Dosiersysteme zur Analyse benötigt. Dadurch ist das Verfahren wartungsarm und preisgünstig.

kontinuierliche Messungen
Die Lebensdauer eines Sensors ist abhängig von der Wasserqualität, nicht von der Anzahl der Messungen. Dadurch sind kontinuierliche Messungen möglich, die besonders dann von Vorteil sind, wenn eine lückenlose Dokumentation der Messergebnisse und/oder eine schnelle Regelung erfolgen sollen.