Conductimetrie is een eenvoudige, snelle en niet-destructieve analysetechniek waarmee de elektrische geleidbaarheid van een vloeistof wordt gemeten. Doordat de geleidbaarheid van een waterige oplossing direct samenhangt met de aanwezigheid en concentratie van vrij beweeglijke ionen, is een conductiviteitsmeter in feite een eenvoudige maatstaf voor het totale gehalte aan opgeloste ionen — of dat nu calcium en magnesium in drinkwater is, zouten in een fermentatiemedium of restionen in gedemineraliseerd water. De techniek wordt sinds de eerste helft van de twintigste eeuw breed toegepast in waterlaboratoria, de farmaceutische industrie, de voedingsmiddelensector en de procescontrole, en is daarnaast onmisbaar als detectiemethode bij conductometrische titraties en bij ionenchromatografie. In dit artikel leest u wat conductimetrie is, hoe een conductiviteitsmeter werkt, wat de celconstante en de eenheden zijn, hoe u correct kalibreert en welke toepassingen er zijn.
Conductimetrie is de meting van het elektrische geleidingsvermogen van een vloeistof. In een oplossing dragen vrij beweeglijke geladen deeltjes — kationen en anionen — een elektrische stroom. Hoe meer ionen aanwezig zijn, en hoe mobieler ze zijn, hoe hoger het geleidingsvermogen. Zuiver water heeft een extreem lage geleidbaarheid omdat er nauwelijks ionen in zitten; een verzadigde zoutoplossing geleidt juist uitstekend.
De grootheid die wordt gemeten is de specifieke geleidbaarheid κ (kappa), met als SI-eenheid siemens per meter (S/m). In de laboratoriumpraktijk wordt vrijwel altijd de eenheid µS/cm (microsiemens per centimeter) of mS/cm (millisiemens per centimeter) gebruikt. De relatie tussen beide is eenvoudig: 1 mS/cm = 0,1 S/m. Ter oriëntatie: ultrapuur water heeft een geleidbaarheid van ongeveer 0,055 µS/cm, drinkwater 200–800 µS/cm, en zeewater circa 50 mS/cm.
Een geleidbaarheidsmeting gebeurt met een geleidbaarheidscel: twee elektroden op een nauwkeurig bekende, vaste afstand, ondergedompeld in de te meten oplossing. Tussen de elektroden wordt een spanning aangelegd en de daaruit volgende stroom wordt gemeten. Uit de verhouding stroom/spanning volgt het elektrische geleidingsvermogen G van de cel met inhoud (in siemens, S — het omgekeerde van weerstand in ohm).
Een belangrijk verschil met andere elektrochemische metingen is dat conductimetrie met wisselspanning werkt, niet met gelijkspanning. Een gelijkspanning zou aan de elektroden tot elektrolyse leiden — gasvorming, neerslag van metaal en polarisatie van de elektroden — wat de meting onbruikbaar maakt. Door snel wisselende spanning (typisch 1–3 kHz) te gebruiken, bewegen de ionen alleen heen en weer zonder dat aan de elektroden chemische reacties optreden.
De gemeten geleidingsvermogen G hangt niet alleen af van de oplossing, maar ook van de geometrie van de cel — een grotere afstand tussen de elektroden geeft een lagere stroom, een groter elektrodeoppervlak een hogere. Deze geometriefactor wordt samengevat in de celconstante K:
K = l / A
Hierin is l de afstand tussen de elektroden en A hun oppervlakte. De celconstante heeft als eenheid cm⁻¹ (of m⁻¹). Voor de meeste laboratoriumcellen ligt de celconstante tussen 0,01 cm⁻¹ (voor ultrapuur water, met grote elektroden dicht bijeen) en 10 cm⁻¹ (voor sterk geleidende oplossingen, met kleine elektroden ver uit elkaar). De juiste keuze van de celconstante moet passen bij het te verwachten geleidbaarheidsbereik:
De feitelijke geleidbaarheid van de oplossing volgt dan uit:
κ = G × K
De celconstante wordt voor elke cel bij productie nauwkeurig bepaald en op de cel vermeld. In de praktijk wordt deze waarde regelmatig opnieuw bepaald (gekalibreerd) door een geleidbaarheidsstandaard met bekende κ te meten.
De internationale referentiestandaard voor conductiviteitskalibratie is een kaliumchloride-oplossing. Een 0,01 mol/L KCl-oplossing heeft bij 25 °C een geleidbaarheid van precies 1413 µS/cm, een waarde die teruggaat op het door NIST gepubliceerde primair-standaard onderzoek en die op alle commerciële kalibratievloeistoffen wordt vermeld. Andere veelgebruikte kalibratiepunten zijn 84 µS/cm (0,001 mol/L KCl), 12,88 mS/cm (0,1 mol/L KCl) en 111,8 mS/cm (1 mol/L KCl). De keuze van het kalibratiepunt sluit aan bij het meetbereik: een meter die drinkwater meet, wordt op 1413 µS/cm gekalibreerd; een meter voor zeewater op 12,88 of 111,8 mS/cm.
Belangrijke praktische punten bij kalibratie:
De geleidbaarheid van een waterige oplossing is sterk temperatuurafhankelijk: de viscositeit van water daalt bij hogere temperatuur en de ionen bewegen sneller. Voor de meeste waterige systemen neemt de geleidbaarheid ongeveer 2 % per °C toe — een aanzienlijk effect. Een meting bij 20 °C en bij 25 °C levert daardoor verschillende waarden op voor hetzelfde monster, wat vergelijken bemoeilijkt.
Daarom worden gemeten waarden volgens internationale conventie altijd omgerekend naar een referentietemperatuur, meestal 25 °C (soms 20 °C). Moderne conductiviteitsmeters bevatten een ingebouwde temperatuursensor in de cel en een automatische temperatuurcompensatie (ATC) die deze omrekening realtime uitvoert. Voor preciezere metingen — bijvoorbeeld in de farmacie — kan een lineaire compensatiecoëfficient worden ingesteld die specifiek bij de matrix past. Bij sterk verdunde monsters wijkt het temperatuurgedrag overigens af van de standaardcoëfficient, en is een non-lineaire compensatie volgens ISO 7888 nauwkeuriger.
Voor conductiviteitscellen worden in de praktijk twee constructies gebruikt:
Bij een conductometrische titratie wordt het verloop van de geleidbaarheid κ tijdens een titratie gevolgd als functie van het toegevoegde volume titrant. Het eindpunt is herkenbaar als een duidelijke knik in de curve, doordat de samenstelling van de ionen in oplossing op het equivalentiepunt verandert. Anders dan bij potentiometrische titraties is geen indicator of pH-elektrode nodig — de meting werkt voor gekleurde, troebele en zelfs licht-niet-doorlatende monsters.
Twee karakteristieke curves zijn:
De grafische bepaling van het eindpunt verloopt door twee rechte lijnen door de meetpunten vóór en na de knik te trekken; het snijpunt is het equivalentiepunt. Conductometrische titraties zijn extra geschikt voor verdunde oplossingen — daar waar potentiometrische titraties een vlakkere sprong vertonen — en voor titraties waarbij geen geschikte indicator beschikbaar is.
Conductimetrie wordt in een breed scala van laboratoria en industrieën gebruikt:
Voor betrouwbare conductiviteitsmetingen zijn enkele praktische punten belangrijk. De geleidbaarheidscel moet schoon zijn — afzettingen op de elektroden veranderen het effectieve oppervlak en daarmee de celconstante. Spoel de cel tussen metingen met gedemineraliseerd water en dep voorzichtig droog of spoel met het volgende monster. Vermijd het roeren tijdens metingen aan ultrapuur water, omdat zelfs minimale CO₂-opname uit de lucht de geleidbaarheid merkbaar verhoogt. Voor langdurige opslag worden veel cellen droog bewaard; raadpleeg hiervoor de handleiding van de leverancier.
Bij metingen in agressieve of bezoedelende media (vloeistoffen met hoge suikergehaltes, eiwitten, oliën of vaste deeltjes) is een inductieve cel of een 4-pool-cel betrouwbaarder dan een traditionele 2-pool-cel. Voor sporenanalyses van ionen op zeer lage niveau wordt naast de geleidbaarheidsmeting vaak ionenchromatografie ingezet.
Conductimetrie raakt aan diverse andere onderwerpen in de Labvakhandel-kennisbank. Voor de titratiemethoden die met conductimetrie kunnen worden gevolgd, zie de artikelen over complexometrie en EDTA-titratie en waterhardheid bepalen. Voor de zuiverheidsspecificatie van het water dat als basis voor kalibratievloeistoffen en monsters wordt gebruikt, raadpleeg zuiverheidsgraden van chemicaliën. Voor de juiste opslag en hantering van kalibratievloeistoffen en reagentia verwijzen wij naar het veiligheidsinformatieblad (VIB).
Voor het bijbehorende glaswerk en de kunststof artikelen voor titratie- en meetopstellingen kunt u terecht in onze categorieën glaswerk en porselein en laboratoriumplastics. Neem contact op voor advies over een conductimetrische opstelling die past bij uw monstertype en bereik.
Inloggen
Wachtwoord vergeten
Account aanmaken
Uw winkelwagen is leeg.
