Was wird verglichen?

Es werden Messfühler verglichen, die Teil eines Messwerterfassungssystems sind und über keine eigene Anzeige verfügen. Sie werden mit einem Messwandler verwendet, der den Anschluss an einen Computer mit einem kostenpflichtigen Programm erlaubt oder direkt an mobile Endgeräte mit Anzeige, wie z.B. Mobile CASSY 2 (LD-Didactic) oder LabQuest 2 (Vernier), angeschlossen. Im Falle der Bluetooth – Geräte, bei denen ein Wandler integriert ist, werden die Daten direkt an das Smartphone oder Tablett mit der passenden App gesendet. Eine Übersicht mit den wichtigsten Messsystemen zeigt die Tabelle 1.

Leitfähigkeitsfühler	Wandler nötig	Messbereich mS/cm	circa Preis €
LD-Didactic CASSY 529 670 + Adapter 524 0671	ja	0 – 1000	180 240
Pasco Erweiterter Chemiesensor pH, Leitfähigkeit, Druck, Temp.	ja	0 – 100	594
Einstein (incl. Adapter)	ja	0,05 – 80	180
CMA Coach BT (incl. Adapter)	ja	0 – 20	141
Vernier LabQuest (incl. Adapter)	ja	0 – 20	176
Vernier GoDirect (Bluetooth)	nein	0 – 20	184
Phywe Cobra Smartsense (Bluetooth)	nein	0 – 20	136
Pasco Smart (Bluetooth)	nein	0 – 20	172

Nicht vergessen sollte man die All-in-One-Lösung All-Chem-Mist II, hier kostet das Grundgerät 1680 Euro, ein Messfühler für 320 Euro kann direkt angeschlossen werden. Der Messbereich für Leitfähigkeit beträgt 0 bis 200 mS/cm.

Kriterium: Messbereich

Als erstes Kriterium, nach denen die Sensoren verglichen werden sollen, wird der Messbereich herangezogen. Die Mehrzahl der Leitfähigkeitssensoren hat einen Messbereich von 0 – 20.000 µS/cm (zum besseren Vergleich umgerechnet in 0 – 20 mS/cm, Tabelle 1). Wie praxistauglich ist dieser Messbereich? Kann damit die Leitfähigkeit von Salzsäure, 0,1 mol/l bzw. 1 mol/l, gemessen werden oder die von Meerwasser?

Um die oben gestellte Frage zu beantworten, finden sich in der Tabelle 2 einige Substanzen, die in der Schule von Bedeutung sind (am oberen und unteren Bereich des Messbereichs). Die Daten stammen aus dem Internet bzw. aus eigenen Messungen und sollen nur zur Orientierung dienen.

Leitfähigkeit von	Messwert 25 °C
Salzsäure, 1 mol/l	330 mS/cm
Salzsäure, 0,1 mol/l	36 mS/cm
Meerwasser Atlantik	ca. 50 mS/cm
…	…
Wasser Ionenaustauscher	bis 5 µS/cm
Kesselwasser Kraftwerke	bis 1 µS/cm

Will man an der Nord- oder Ostsee oder einfach nur in seinem Meerwasseraquarium Messungen vornehmen, ist dies mit den ersten drei Fühlern (LD-Didactic, Pasco- erweiterter Chemiesensor, Einstein) und dem All-Chem-Misst II möglich.

Genauso ist es mit 0,1 molare Salzsäure. Wieder können nur die ersten drei Sensoren und der All-Chem-Misst II diesen Wert messen, bei Salzsäure, 1 mol/l, steigen die Messfühler bis auf den von LD-Didactic aus.

Ein Versuch, der zeigt, welche Bedeutung das Messen der Leitfähigkeit von Salzsäure, 0,1 mol/l, im Unterricht hat, ist ein Versuch zur Säurestärke:

Starke und schwache Säuren

Im unteren Messbereich fällt der Sensor von Einstein aus der Reihe, der erst bei einem Messbereich von 50 µS beginnt, alles anderen geben den Bereich ab 0 µS an. In wie weit der untere Messbereich genutzt werden kann, hängt davon ab, in wie viele Messbereiche der Gesamtmessbereich unterteilt ist, bei den meisten Fühlern sind dies nur drei Messbereiche, bei LD-Didactic 11! Dort ist der feinste Messbereich 0 … 10 µS/cm, um auch bei der Messung von dest. Wasser oder Wasser aus Ionenaustauschern genügend Auflösung zu besitzen.

Vom Messbereich gesehen, ist der Fühler von LD-Didactic der beste Fühler im Test. Die Kosten für den Fühler bewegen sich im Bereich für den Fühler des Allchemisten bzw. den von Pasco (erweiterter Chemiesensor). Der Fühler von LD-Didactic ist eine Eigenentwicklung, während die Fühler mit dem gleichen Messbereich von 0 – 20 mS/cm alle von einem gleichen Hersteller (aus China) zu stammen scheinen.

Kriterium: Galvanische Trennung

Wenn die Messfühler nicht galvanisch getrennt sind, ist eine gleichzeitige Messung von Leitfähigkeit und pH nicht möglich. Ohne galvanische Trennung beeinflusst der Stromkreis des Leitfähigkeitssensor den Stromkreis eines zweiten Sensors, wie z.B. den einer pH-Elektrode (und umgekehrt) und verfälscht damit die Messungen.

Pasco (nur der erweiterte Chemiesensor),der All-Chem-Misst II und das CASSY-System können pH und Leitfähigkeit aufgrund galvanischer Trennung gleichzeitig messen. Bei den restlichen Sensoren, auch bei den drei Bluetooth-Sensoren von Vernier, Phywe und Pasco, ist dies nicht möglich. Neben dem eingeschränkten Messbereich ist dies ein weiterer entscheidender Nachteil der Bluetooth-Sensoren.

Eine Titration, bei der Leitfähigkeit und pH gleichzeitig gemessen wurden, zeigt die folgende Abbildung (gemessen mit CASSY):

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Fazit

Ohne auf weitere Kriterien, wie Kalibriermöglichkeit, Messfehler, Temperaturkompensation und Messrate einzugehen, lässt sich anhand der zwei Kriterien, Messbereich und galvanische Trennung, ein klare Aussage treffen:

Die billigen Lösungen (Bluetooth-Sensoren) erlauben nur eine sehr eingeschränkte Nutzung. Sie besitzen einen sehr engen Messbereich, eine gleichzeitige Messung von pH und Leitfähigkeit ist nicht möglich. So handlich die Bluetooth Sensoren scheinen, so praxisfern ist es, bei einer Exkursion Meerwasser zuerst zu verdünnen und nach der Messung wieder den Wert mit dem Verdünnungsfaktor zu multiplizieren, da sonst der Messbereich überschritten wird (so der Vorschlag in einem Datenblatt).

Der Sensor von Einstein hat Schwächen im unteren Messbereich, dieser beginnt, laut Datenblatt, erst mit 50 µS und kann daher nicht für die Messung von Angaben Reinstwasser oder dest. Wasser verwendet werden.

Ein System, das keinen Einschränkungen unterliegt, ist das CASSY-System.

• Es hat den größten Messbereich aller verglichenen Leitfähigkeitssensoren, der in 11 Bereiche unterteilt ist und so auch Messungen bei sehr geringer Leitfähigkeit erlaubt.
• Er ist vorkalibriert, kann, nachkalibriert werden, hat einen eingebauten Temperatursensor, der die Messungen automatisch auf 25 °C ausgibt.
• Eine Kombination mit beliebigen anderen Sensoren ist möglich.

Der Aufwand für galvanische Trennung, aber auch die umfangreichen Möglichkeiten, rechtfertigen den relativ hohen Preis.