Koszyk
W koszyku nie ma jeszcze produktów
- Aktualności
- 141 views
- przewodność, ec, konduktancja
Przewodność elektryczna (EC) – czym jest, a czym nie jest?
EC jest nazywane przewodnością elektryczną, również przewodnością elektrolityczną lub po prostu przewodnością. Oznacza zdolność do przewodzenia prądu elektrycznego przez określoną objętość danej substancji. Przewodzenie prądu może odbywać się na poziomie atomów lub jonów.
Ponieważ EC odnosi się do roztworów to EC jest powiązana z ilością jonów. Przewodność zależy od ilości jonów zawartych w próbce. Pomiar przewodności może być miarą stężenia jonów w próbce, ale nie jest pomiarem selektywnym. Nie da się na jego podstawie powiedzieć jakie jest stężenie konkretnego jonu w roztworze, bo nie ma roztworów zawierających tyko jeden jon. Ponadto przewodność zależy od kilku innych czynników: temperatury czy rodzaju rozpuszczonej substancji.
Tak wiec w próbkach realnych, zawierających w roztworach różne substancje (np. sól w żywności) nie można w ten sposób zmierzyć stężenia. Tą metodą nie da się również określić typów jonów zawartych w roztworze.0
Przewodność a oporność
Przewodność jest odwrotnością oporności. Łatwo jest przeliczyć jedną na drugą. Oporność jest zdolnością substancji do hamowania przepływu prądu. Oporność najczęściej mierzy się dla elektrolitów o bardzo niskim stężeniu, jak np. woda ultra czysta, dla której oporność wynosi ponad 18MΩ.
Jednostki przewodności
Jednostką w układzie SI jest siemens/metr (S/m). W praktyce używa się jednostek mniejszych: mikrosiemens/centymetr (μS/cm) lub milisiemens/centymetr (mS/cm). Na przykład, przewodność wody ultra czystej w 25oC wynosi około 0,055 μS/cm. Przeliczanie: 1000 μS/cm = 1 mS/cm.
TDS – Sole Rozpuszczone Całkowite
Pomiar TDS jest sposobem na wyrażenie zawartości substancji stałych rozpuszczonych w roztworze. Aby dokładnie oznaczyć zawartość substancji stałych należy odparować wodę z określonej objętości próbki i zważyć suchą pozostałość.
Pomiar konduktometryczny może być używany do przybliżonego określenia zawartości ciał stałych w oparciu o założenie, że wszystkie substancje rozpuszczone w wodzie rozpadają się na jony przewodzące prąd elektryczny.
TDS jest wyrażane w jednostkach miligram/litr (mg/l = ppm), gramach /litr (g/l = ppt). W niektórych miernikach użytkownik może sam wprowadzić wartość współczynnika przeliczeniowego z przewodności na TDS. W najprostszych miernikach współczynnik ten jest stały, zaprogramowany fabrycznie.
Zasolenie wody morskiej
Pomiar konduktometryczny można wykorzystać do badania zasolenia wód morskich według ogólnych wytycznych oceanograficznych.
W użyciu są 3 różne skale zasolenia wód morskich: praktyczna skala zasolenia (PSU) z 1978, skala procentowa (%) oraz naturalna skala zasolenia (g/L), 1966.
Typy sond konduktometrycznych
Hanna Instruments produkuje 3 rodzaje sond konduktometrycznych.
Najprostszymi są sondy dwuelektrodowe wykorzystujące pomiar amperometryczny: do elektrod przykładane jest napięcie zmienne (AC) o określonej częstotliwości. Przez elektrolit między elektrodami popłynie więc prąd który jest mierzony w odniesieniu do prądu płynącego przez roztwory standardów kalibracyjnych, a wynik jest wyrażony w jednostkach przewodności. Elektrody mogą być wykonane z grafitu lub z metalu. To proste rozwiązanie, ale jego wadą jest to, że na spolaryzowanych elektrodach w próbkach o wysokim stężeniu łatwo się osadzają minerały. Sondy dwuelektrodowe są najlepsze do pomiarów prób o przewodności niższej niż 5 mS/cm.
Sondy czteropierścieniowe wykorzystuje się w miernikach działających na zasadzie potencjometrycznej. Do dwóch zewnętrznych elektrod przykłada się prąd naprzemienny, co indukuje przepływ prądu przez próbkę. Mierzy się różnicę potencjałów dwóch elektrod wewnętrznych. Mierzone napięcie jest proporcjonalne do przewodności roztworu wewnątrz sondy. Pierścienie elektrod mogą być wykonane z grafitu, stali nierdzewnej lub z platyny. Efekt osadzania minerałów na spolaryzowanych elektrodach jest zredukowany lub wręcz nie występuje. W tym typie elektrod jest za to większe ryzyko wystąpienia efektu pola skrajnego (występuje gdy prąd zaczyna płynąć poza obszarem pomiaru). Należy więc unikać umieszczania sondy blisko ścian naczynia lub dna. Wystarcza utrzymanie około 2,5 cm odległości od dna lub ściany. Ten dystans może być różny dla różnych modeli elektrod – należy go zawsze sprawdzić w instrukcji obsługi.
Oba w/w typy elektrod mogą posiadać obudowę w kształcie tulei. Podczas pomiaru całe wnętrze tej tulei MUSI być wypełnione próbką, gdyż objętość próby mieszczącej się wewnątrz odpowiada stałej naczynia konduktometrycznego. Jeśli próbki by było zbyt mało, to pomiar byłby odniesiony do zbyt małej objętości próbki, a to oznacza fałszywy wynik pomiaru.
Sondy indukcyjne, czyli trzeci typ sond konduktometrycznych produkowanych przez Hanna Instruments ma najczęściej zastosowanie w ciągłych pomiarach procesowych. Są zbudowane z dwóch lub więcej toroidalnych transformatorów rozdzielonych izolacją z plastiku. Do jednego z toroidów przykładane jest napięcie o wysokiej częstotliwości co indukuje przepływ przez próbkę prądu proporcjonalnego do jej przewodności. Drugi z toroidów (odbiorczy) umieszczony z drugiej strony sondy mierzy indukowany prąd, a miernik przelicza wynik na jednostki przewodności. Zaletą tej technologii jest brak efektu polaryzacyjnego. Inną zaleta jest możliwość wykonania z materiałów odpornych chemicznie oraz odpornych na osiadanie osadów. Ponadto do kalibracji nie są potrzebne roztwory.
Porównanie sond konduktometrycznych
| Rodzaj sondy | Zalety | Wady |
| Dwuelektrodowe | Niedrogie. Mała objętość próbki. Brak efektu skrajnego pola. | Konieczność używania różnych zestawów miernik/sonda do prób o różnym zakresie przewodności. Efekt polaryzacyjny. |
| Czteropierścieniowe | Jedna sonda pokrywa cały zakres przewodności. Brak efektu polaryzacyjnego | Efekt skrajnego pola. Większa objętość próbek. Wyższa cena. |
| Indukcyjne | Najszerszy zakres pomiarowy. Odporność chemiczna. | Mniejsza dokładność w niskim zakresie. Najdroższe ze wszystkich 3 rodzajów sond. |
Współczynniki kompensacji liniowej dla różnych roztworów:
| Woda ultra czysta | 4,55 %/℃ |
| NaCl | 2,12 %/℃ |
| 5% NaOH | 1,72 %/℃ |
| 10% HCl | 1,32 %/℃ |
| 5% H2SO4 | 0,96 %/℃ |
| 98% H2SO4 | 2,84 %/℃ |
Kompensacja temperatury
Przewodność zmienia się wraz ze stężeniem jonów oraz z temperaturą. Gdy roztwór się schładza jony mają mniejszą energię, stąd spadek przewodności i wzrost oporności. Aby zmierzyć przewodność roztworu należy podczas pomiaru zachować stałą temperaturę, gdyż w takich warunkach wpływ na przewodność ma jedynie ruchliwość jonów. Właśnie dlatego kompensacja temperatury jest tak ważna.
Przewodność absolutna to przewodność zmierzona bez kompensacji temperatury. Jeżeli wiadomo jak zmienia się przewodność mierzonej próbki z temperaturą to wartość zmierzona może być skorygowana do temperatury referencyjnej (zwykle 25℃, rzadziej 20℃).
Sondy konduktometryczne Hanna Instruments mają wbudowane czujniki temperatury. Znając temperaturę próbki można skorygować zmierzoną przewodność o dodanie znanego współczynnika kompensacji liniowej (β). Ten współczynnik mówi o ile procent zmienia się przewodność substancji co 1℃ . Na przykład dla roztworów soli obojętnych współczynnik β zazwyczaj mieści się w przedziale od 1,5 do 2,2 %/℃.
Konduktometry wyższej klasy mają możliwość ustawienia współczynnika β właściwego dla badanej próbki. Konduktometry niższej klasy mają wartość β ustawioną fabrycznie i nie ma możliwości jej zmiany. Niektóre konduktometry najwyższej klasy mają też opcję kompensacji nieliniowej, specjalnie dla wód naturalnych.
Rodzaje materiałów z jakich są wykonywane korpusy sond konduktometrycznych
Polipropylen (PP): wytrzymałe tworzywo plastyczne. Jest twardszy, ma wyższą odporność chemiczną i odporność na ciepło niż większość plastików.
Polieteroimid (PEI): stabilny plastik umiarkowanie odporny na wysokie temperatury próbek oraz średnio odporny chemicznie.
Polichlorek winylu (PCV): jest używany jako obudowa do sond używanych w terenie.
Stal nierdzewna AISI 316: trwała, używana w wielu różnych środowiskach.
ABS/żywice epoxy: stosowana w sondach do pomiarów terenowych głównie ze względu na wysoką jakość tworzywa.
Rodzaje używanych wtyczek
3,5 mm słuchawkowe - z sondami cyfrowymi do mierników serii EDGE. Sondy cyfrowe mają własną pamięć w której jest przechowywany ich numer seryjny i parametry z ostatniej kalibracji (GLP). Są automatycznie rozpoznawane przez kompatybilne konduktometry.
Złącze DIN – podstawowe rozwiązanie. Sondy są kompatybilne tylko z jednym określonym konduktometrem. Część z nich ma wbudowane czujniki temperatury.
Szybkie złącze DIN (Quick DIN)– prosta, wodoodporna opcja. Podobne do DIN, ale łatwiej podłączane. Najczęściej stosowane w konduktometrach Hanna Instruments.
Pomiary przewodności zgodne z Farmakopeą
Pomiary przewodności są stosowane na całym świecie do kontroli jakości wody przeznaczonej do kroplówek i iniekcji. Hanna Instruments oferuje sondy konduktometryczne które pozwalają wykonać pomiar zgodnie z par. <645> Farmakopei europejskiej i amerykańskiej.