Ratgeber
Das Messen beispielsweise von Spannungen, Strömen, Widerständen oder Drücken gehört für viele Technikprofis zum Tagesgeschäft. Mitunter allerdings sind auch Werte zu erfassen, die nicht zu den physikalischen und chemischen „Allerweltsgrössen“ zählen. Wie TDS, die Summe der in Wasser gelösten Feststoffe.
Über diese Grösse sowie über einige andere zur Beurteilung der Wasserqualität informieren wir Sie in unserem Ratgeber. Sie erfahren ausserdem, nach welchen Kriterien sich TDS-Messgeräte auswählen lassen.
Der Gesamtgehalt an gelösten Feststoffen – der TDS-Wert, abgekürzt aus dem Englischen „totally dissolved solids“ – ist ein Mass für den gelösten kombinierten Gehalt aller anorganischen und organischen Substanzen in Wasser. TDS-Konzentrationen werden oft in Anteilen pro Million angegeben, auf dem Display vieler Messgeräte angezeigt als ppm. Das Kürzel ppm steht für „parts per million“.
Im Allgemeinen lautet die Definition von TDS, dass die gelösten Feststoffe klein genug sein müssen, um die Filtration durch einen Wasserfilter mit 2-Mikrometer-Poren zu überstehen. Die Hauptanwendung für TDS-Messgeräte liegt in der Untersuchung der Wasserqualität zum Beispiel in Bächen, Flüssen und Seen.
Primäre Quellen für TDS in den aufnehmenden Gewässern sind landwirtschaftliche und städtische Abflüsse, tonhaltige Berggewässer, Auswaschung von Bodenverunreinigungen und punktuelle Wasserverschmutzungen aus Industrie- oder Kläranlagen.
Die häufigsten chemischen Bestandteile – und damit die bestimmenden Substanzen bei der Beurteilung der Wasserqualität – sind Kalzium, Phosphate, Nitrate, Natrium, Kalium und Chlorid.
Exotischere und schädlichere Elemente von TDS sind Pestizide, die durch Oberflächenabfluss auftauchen und das Wasser anreichern. Bestimmte, natürlich vorkommende gelöste Gesamtfeststoffe entstehen bei der Verwitterung und Auflösung von Gesteinen und Böden.
In der Chemie bezeichnet der pH-Wert das "Potential von Wasserstoff" oder die "Leistung von Wasserstoff". Die dabei verwendete Skala spezifiziert mit Werten von 0 bis 14 die Azidität – die Säurestärke – oder die Basizität – die Basenstärke – einer wässrigen Lösung.
Bei 25 Grad Celsius sind Lösungen mit einem Skalenwert von weniger als 7 sauer und Lösungen mit einem Skalenwert von mehr als 7 basisch.
Lösungen mit einem Wert von genau 7 sind bei dieser Temperatur neutral, zum Beispiel reines Wasser. Der neutrale Wert hängt von der Temperatur ab und liegt bei steigender Temperatur unter 7.
Bei sehr starken Säuren kann der Skalenwert auch kleiner als 0 sein und bei sehr starken Basen auch grösser als 14.
Der Begriff Redox ist die Kurzform von Reduktion-Oxidation. Es handelt sich dabei um eine Art chemische Reaktion, bei der sich die Oxidationszustände von Atomen verändern.
Vereinfacht ausgedrückt: Die Oxidation ist der Verlust von Elektronen oder eine Erhöhung des Oxidationszustandes eines Atoms, eines Ions oder bestimmter Atome in einem Molekül. Die Reduktion bezeichnet dagegen die Zunahme von Elektronen oder eine Abnahme des Oxidationszustandes eines Atoms, eines Ions oder bestimmter Atome in einem Molekül.
Redoxreaktionen können relativ langsam ablaufen, wie bei der Bildung von Rost, oder viel schneller, wie beim Verbrennen von Holz.
Zu den einfachen Redox-Prozessen gehört die Oxidation von Kohlenstoff zu Kohlendioxid oder die Reduktion von Kohlenstoff durch Wasserstoff zu Methan. Ein komplexerer Prozess ist beispielsweise die Oxidation von Glukose im menschlichen Körper.
Mit Salinität wird die Menge an Salz gemessen, die in Wasser gelöst ist. Der Salzgehalt ist ein wichtiger Faktor für die Qualität von Wasser.
Er beeinflusst viele Aspekte der Chemie natürlicher Gewässer und der darin ablaufenden biologischen Prozesse. Salinität ist eine thermodynamische Zustandsgrösse, die zusammen mit Temperatur und Druck die physikalischen Eigenschaften wie Dichte und Wärmekapazität des Wassers bestimmt.
Die elektrische Leitfähigkeit ist eine grundlegende Eigenschaft eines Materials, die quantifiziert, wie stark es elektrischem Strom widersteht oder ihn leitet. Ihre Umkehrung ist der spezifische elektrische Widerstand.
Die SI-Einheit ist Siemens pro Meter, abgekürzt S/m. Kleinere Werte werden oft in Mikrosiemens angegeben.
Für nahezu alle TDS-Messgeräte bildet die Leitfähigkeit die Basis-Technologie.
Der TDS-Wert beispielsweise lässt sich durch die Messung der Leitfähigkeit von Wasser ermitteln. Der Anteil gelöster Feststoffe wird entweder in Milligramm pro Liter oder in ppm angezeigt.
Ein in der Wasserwirtschaft sehr häufig verwendete Grösse für die Qualität des Wassers ist der Leitwert, ausgedrückt in Mikrosiemens. Dabei gilt: Je höher der Leitwert in Mikrosiemens, desto stärker ist das Wasser mit gelösten Teilchen gesättigt.
Durch einfaches Umschalten bieten hochwertige Kombigeräte neben den oben genannten Messfunktionen auch eine Temperaturerfassung. Dies ist besonders dann wichtig, wenn das zu messende Wasser nicht die Standardtemperatur von 25 Grad Celsius besitzt. Dann greifen automatische Algorithmen, die das Messergebnis diesem Wert entsprechend anpassen.
Einige TDS-Messgeräte werden auch mit Puffer- und Kalibrierungsflüssigkeiten ausgeliefert, zum Beispiel für den ph-Wert. Damit lässt sich die Genauigkeit des Messvorgangs kontinuierlich überprüfen und neu einstellen.
Wie oft muss ein TDS-Messgerät kalibriert werden?
Die meisten TDS-Messgeräte sind bereits werksseitig kalibriert, und zwar mit oder ohne Zertifikat. Möglich sind auch Kalibrierungen nach ISO. Eine neue Kalibrierung ist abhängig von der Einsatzdauer und -intensität. In der Regel sollte eine Neu-Kalibrierung nach jeder zehnten Messung oder etwa alle zwei Wochen stattfinden. Entsprechende Kalibrierlösungen sind im Handel erhältlich.
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Wie gross ist der gängige Messbereich für die Ermittlung des TDS- und pH-Werts?
Je nach Güte des Geräts kann der maximale TDS-Messbereich bis zu 5000 Milligramm pro Liter betragen. pH-Werte lassen sich bis zu minus 2 und plus 16 messen.
Sind TDS-Messgeräte wasserdicht?
Da wohl die meisten Messvorgänge in feuchten Umgebungen stattfinden, sind moderne TDS-Messgeräte nach IP65, IP67 oder sogar nach IP57 zertifiziert. Letztere Schutzklasse ermöglicht auch ein zeitweiliges Untertauchen des Geräts in Wasser ohne Folgen für dessen Funktion. Viele Messgeräte sind ausserdem schwimmfähig.
Gibt es eine Möglichkeit, die gemessenen Werte an einen PC zu übertragen?
Die weitaus meisten TDS-Messgeräte arbeiten nur stand-alone, dennoch verfügen besonders hochwertige Tester über eine analoge Schnittstelle oder Erweiterungsmöglichkeiten für einen USB-Anschluss. Die Daten des eingebauten Datenloggers lassen sich damit zur Weiterverarbeitung an den Rechner übertragen.
Aus welchem Material bestehen die Messzellen?
In der Regel wird dafür Graphit verwendet, da diese Substanz einerseits leitfähig für elektrischen Strom ist und andererseits beständig gegen nichtoxidierende Säuren. Ausserdem ist Graphit nichtmagnetisch und kann somit elektrische Messungen nicht verfälschen.