Die Qualität von Reinstwasser ist in Normen und Empfehlungen beschrieben, zum Beispiel von ASTM International (urspr. American Society for Testing and Materials), in der Pharmacopoea Europaea (Ph. Eur.), der United States Pharmacopeia (USP) und in DIN- oder ISO-Normen. Sämtliche genannten Normen erfordern eine entsprechende Qualitätskontrolle. Die nachgewiesen sicherste und am besten akzeptierte Methode ist die Leitfähigkeitsmessung. Die Messung in Reinstwasser erfolgt mit Leitfähigkeitssensoren, die nach dem Zwei-Elektroden-Verfahren arbeiten. Bei dieser Anwendung sind die Elektroden konzentrisch angeordnet, wobei die äußere die innere Elektrode abschirmt. Da die elektrolytische Leitfähigkeit einer Flüssigkeit stark temperaturabhängig ist, wird der Messwert normalerweise auf die international anerkannte Referenztemperatur von 25 °C bezogen (temperaturkompensiert). Das spezielle Bewertungsverfahren „Water Conductivity 645“ (nach USP) zur Leitfähigkeitsmessung in Reinstwasser bildet eine Ausnahme: Hier sind entsprechende Messumformer erhältlich, bei denen die Temperaturkompensation ausgeschaltet werden kann.
Messprinzip des Sensors
Ein Zwei-Elektroden-Sensor nutzt zwei leitfähige Messelektroden, die für Messungen in Reinstwasser aus Edelstahl oder Titan bestehen und in einer bestimmten Geometrie angeordnet sind. Den Abstand der Sensorflächen zueinander (l) im Verhältnis zur wirksamen Messfläche (A) nennt man Zellenkonstante K, mit der Einheit [1/cm]. Bei Reinstwasser muss diese Zellenkonstante 0,01 betragen. In der Realität sind Sensoren meist koaxial aufgebaut, das heißt die beiden Messelektroden sind konzentrisch angeordnet. Außerdem ist in diesen Sensoren meist ein Fühler zur Erfassung der Temperatur des Mediums integriert. Ein externer elektronischer Messumformer beaufschlagt den Zwei-Elektroden-Sensor mit einer Wechselspannung. Entsprechend dem elektrischen Widerstand der Messlösung (Reinheitsgrad) stellt sich ein Wechselstrom ein. Dieser wird durch den Messumformer unter Berücksichtigung der Zellenkonstante und eventuell der Temperatur des Messmediums in den Wert für die Leitfähigkeit der Messlösung umgerechnet.
Messfehler vermeiden
Durch die Temperaturkompensation entsprechend ASTM International entfällt der mögliche Messfehler durch einen falsch eingestellten Temperaturkoeffizienten. Hier kann allerdings eine nicht exakte Zellenkonstante zu systematischen Messfehlern führen. Auch Reinstwasser-Leitfähigkeitssensoren können Abweichungen von der nominellen Zellenkonstanten K = 0,01 haben. Leider gibt es keine praktisch verwendbaren Prüf- oder Kalibrierflüssigkeiten für die Leitfähigkeit im Reinstwasserbereich, das heißt für Werte unter 10 μS/cm. Flüssigkeiten mit solchen Leitfähigkeitswerten liefern keine stabilen Referenzwerte, da sie sofort Kohlendioxid aus der Luft aufnehmen und sich dadurch verändern.
