Ledningsevne

Innhold

• Hva er konduktivitet?
• Konduktivitetsmåling
• Kalibrering av konduktivitetsmåler
• Konduktivitet og temperatur
• Konduktivitet og konsentrasjon
• Konduktivitetsproben

 

Hva er konduktivitet?

Elektrisk ledningsevne, også kalt konduktivitet eller bare "EC", er en naturegenskap for de fleste materialer. Størrelsen spenner fra svært ledende materialer som metaller til helt isolerende materialer som glass og keramikk.

Utstyret vårt måler konduktivitet i vandige løsninger. I dette tilfellet bæres den elektriske strømmen av ioner i løsning. Flere ioner i løsning gir i de fleste tilfeller høyere konduktivitet. Dette gjelder imidlertid ikke for høyere konsentrasjoner, se Konduktivitet og konsentrasjon. Ledningsevnen til en løsning varierer også sterkt med temperaturen, les mer om dette nedenfor Konduktivitet og temperatur.

 

Konduktivitet måles med en konduktivitetsmåler. Denne består av en måleenhet og en konduktivitetsprobe. I de fleste tilfeller har sonden også en innebygd temperatursensor.

 

Ved måling sendes det en vekselstrøm mellom polene i sonden og løsningens motstand måles, se figur 1.1. Siden området for og avstanden mellom polene er konstant og definert i cellens konstante i sonden, gir denne målingen prøvens resistivitet og dermed konduktivitet, i henhold til formel 1.1 nedenfor.

 

Formel 1.1 Konduktivitet (κ) er gjensidig av resistivitet (ρ)

Formel 1.2 R = motstand, d = avstand mellom polene, A = polenes område, ρ = resistivitet

Formel 1.3 Konduktivitet (κ) er den gjensidige (inverse) verdien av resistivitet (ρ)

 

Før måling kalibreres utstyret ved å måle motstand (R *) i en løsning med kjent ledningsevne (ρ *) og en cellekonstant C (med enheten cm^-1) er oppnådd. Denne beregningen skjer automatisk i måleren.

 

Cellekonstanten avhenger av utformingen av konduktivitetsproben og påvirkes av både avstanden mellom polene og deres område. Prober med små cellekonstanter (f.eks. 0,1 cm^-1) er tilpasset for måling i ion-svake prøver som f.eks kjelevann, mens større konstanter (f.eks. 10,0 cm^-1) er bedre egnet for sterke saltoppløsninger. Se tabell 1.1 nedenfor.

 

Forskjellen mellom konduktivitetsprober med to og fire poler

Informasjonen ovenfor gjelder spesifikt for konduktivitetsprober med to poler, som er den vanligste designen på markedet. I dette tilfellet sendes en vekselstrøm mellom to poler og motstanden måles mellom dem. Sonder med fire poler, som f.eks Orion DuraProbe, fungerer på en lignende måte, men bruker fire elektroder i stedet for to. Denne designen er bedre på nesten alle måter.

Denne teknologien gir fordeler som:

• Bredere måleområde
• Stabil kalibrering
• Måling kompenserte for belegg på, og polarisering av, polene
• Cellekonstant og måleresultater er uavhengige av kabelens og kontaktens motstand. Dette muliggjør kabellengder på opptil 10 meter for måling på dybder i innsjøer, bekker og brønner.

En mer detaljert beskrivelse følger nedenfor.

 

Informasjon om konduktivitetsprober med fire elektroder

Prober med fire elektroder gir brukeren betydelige fordeler, spesielt i løsninger med høy ledningsevne. 4-elektrode celler består av to drivelektroder og to måleelektroder, se figur 1.2. Drivelektrodene drives av vekselspenning, og strømmen mellom dem måles for å bestemme løsningens ledningsevne. Amplituden til spenningen ved drivelektrodene styres av spenningen målt ved måleelektrodene.
Måleelektrodene plasseres i en del av cellen med lav strøm og spenningen måles med en høy impedans krets. På denne måten måles det elektriske feltstyrken i cellen med høy nøyaktighet. Ved å holde feltstyrken konstant, blir strømmen mellom drivelektrodene proporsjonal med konduktiviteten til prøven.

 

Vår mest populære konduktivitetsprobe, Orion DuraProbe, 013005MD bruker "4-polet design", noe Orion kaller "DuraProbe". Denne konstruksjonen betyr at sonden består av doble måleceller som kan kompensere for for eksempel belegg på elektrodene som kan oppstå under måling. Effekten av polarisasjonsfeil, selv om denne er relativt liten, elimineres også. Temperatursensoren i denne modellen er plassert nær målecellene og gir svært raske resultater ved endringer.

Fordeler med DuraProbe fremfor sonder med to poler:

• Det bredeste måleområdet i vårt område, 1 µS/cm til 200 mS/cm
• Stabil kalibrering
• Måling kompensert for belegg på poler
• Cellekonstant og måleresultater er uavhengige av kabelmotstanden. Dette muliggjør kabellengder på opptil 10 meter for måling i innsjøer, bekker og brønner
• Plasseringen av temperatursonden gir svært raske resultater ved temperaturendringer.

Designet betyr kalibreringer som varer lenger og en sonde som er godt egnet både i laboratoriet og i felten.
Ved måling i ultrarent vann som kjele og WFI -vann under 1 µS / cm, må imidlertid en sonde med to poler og en cellekonstant på 0,1 cm^-1 bli brukt. For disse målingene er Orion 013016MD med flytcelle det beste alternativet til Orions målere.

 

Konduktivitetsmåling

Noen vanlige applikasjoner for konduktivitetsmåling er:

• Overvåking av renhet i skylle- og kjelevann.
• Måling av renhet i WFI -vann (vann til injeksjon)
• Veiledning for totalt kjemisk innhold i kjemiske prosesser
• Måling av saltholdighet og TDS (totalt oppløst faststoff) i innsjøer, bekker og akvarier
• Måling av konsentrasjon i fortynnede saltoppløsninger av kjent sammensetning

 

Hvorfor måle konduktivitet?

Lav ledningsevne betyr et vann med et lavt innhold av oppløste salter. Konduktivitet brukes derfor ofte som en måte å kontrollere renheten av vann. Dette er veldig vanlig i for eksempel overflatebehandling, der for høy ledningsevne i skyllevann kan forårsake korrosjon på behandlet materiale.

I miljøarbeid og økologiske målinger måles konduktivitet for å kontrollere saltholdigheten i naturlige vassdrag, innsjøer og hav. I noen tilfeller måles også konduktivitet direkte i jord.

Unormalt høy ledningsevne kan indikere forurensning fra utslipp eller lav tilførsel av ferskvann.

I tilfeller hvor du vet hva en prøve inneholder eller bør inneholde, kan konduktivitet brukes som en måte å vite hvor mye (vannløselige) kjemikalier som er tilstede, dvs. konsentrasjon. Emulgerte stoffer leder ikke elektrisitet og påvirker i teorien ikke konduktivitet. Disse kan imidlertid påvirke konduktivitetenmålingen ved å blokkere målecellen.

 

Kalibrering av konduktivitetsmåler

Den nominelle cellekonstanten for den tilkoblede sonden mates inn i måleren før kalibrering. Dette muliggjør automatisk gjenkjenning av standardløsninger, for eksempel 1413 µS / cm og 84 µS / cm. Under kalibreringen justeres konstanten til virkelig verdi, som endres etter hvert som sonden eldes og brukes. Når konstanten er for langt fra sin nominelle verdi, er det ikke lenger mulig å kalibrere, og sonden må rengjøres og eventuelt byttes ut. Metoden for rengjøring varierer mellom forskjellige sonder.

I følge European Pharmacopoeia bør en sonde byttes ut når den konstante verdien overstiger 5% fra den nominelle verdien (Europeisk farmakopé: 01/2008:20238).

Verdien av en konduktivitetsstandard gjelder ved en viss temperatur, vanligvis 25 ° C. Ved andre temperaturer er verdien annerledes. Kalibrering bør derfor utføres ved 25 ° C hvis mulig. En tabell over hvordan verdien av standardene endres med temperaturen kan i de fleste tilfeller finnes på flasken. Disse verdiene er innebygd i moderne målere, og måleren kompenserer automatisk for dette under kalibrering.

Temperaturen påvirker også konduktiviteten til prøven du måler i, og det er forskjellige måter å kompensere for dette. Mer informasjon om dette finner du nedenfor "Kond og temperatur.".

 

Konduktivitet og temperatur

Generelt øker konduktiviteten til en løsning med økende temperatur. Væskens viskositet blir lavere og ioner beveger seg raskere. For å kunne sammenligne målinger utført ved forskjellige temperaturer, rapporteres konduktivitet ved en viss temperatur, vanligvis 25 ° C.

En lineær temperaturkoeffisient brukes vanligvis. For rene saltlake er forholdet mellom temperatur og konduktivitet lineært opp til en viss konsentrasjon.
For en ren løsning av NaCl er koeffisienten 2.12% / ° C.

 

I mange løsninger, for eksempel avionisert og naturlig vann, er temperaturavhengigheten ikke lineær, se figur 4.1. I disse tilfellene anbefales det at både kalibrering og måling skjer ved 25 ° C.

Når du måler i feltet, er det vanligvis ikke rimelig å justere temperaturen. I disse tilfellene er det en rekke alternativer for temperaturkorreksjon:

• Beregn en omtrentlig lineær koeffisient ved å måle konduktiviteten (uten temperaturkorreksjon) i en eller flere representative prøver ved et antall nøyaktig målte temperaturer.
• Bruk ikke-lineær naturlig vanntemperaturkorreksjon (nLFn).
  Dette brukes ved måling iion-svake vann (rundt 1µS / cm) samt naturlig grunnvann, brønnvann og overflatevann som er i likevekt med karbondioksid i luften.
  I dette tilfellet brukes en ikke-konstant faktor for å justere måleverdien i henhold til referansetemperaturen.
  Denne funksjonen støttes bare av våre Orion Star A200 og 300 Series meter.
• Bruk ikke-lineær temperaturkorreksjon for ultrarent vann (nLFu)
  Dette brukes til måling i ultrarent vann (destillert, avionisert, WFI) uten kontakt med atmosfæren. Dermed blir det ikke tatt hensyn til effekten av oppløst karbondioksid som i nLFn.
  Denne funksjonen støttes bare av våre målere i Orion Star A300 -serien.
• Slå av temperaturkorreksjonen. I dette tilfellet registreres både målt konduktivitet og temperatur, og konverteringen finner sted etterpå.

 

Konduktivitet og konsentrasjon

Det er en sammenheng mellom konduktivitet og konsentrasjon.

Dette forholdet er ofte lineært i et bestemt konsentrasjonsområde, og konduktivitet kan dermed brukes til konsentrasjonsbestemmelse av mange løsninger med kjent innhold.

Dette gjelder fortynnede løsninger opp til en viss grense. Når for mange ioner er i løsning, er deres mobilitet begrenset, og konduktiviteten kan dermed i noen tilfeller avta med økende konsentrasjon. Effekten kan også være at en løsning kan ha samme konduktivitet ved forskjellige konsentrasjoner. Se NaOH og HCl i tabell 5 nedenfor.

Prøve ved 25 ° C.	Konduktivitet, µS / cm
Destillert, avgasset vann	0,055
NaOH, 5%	223 000
NaOH, 50%	150 000
HCl, 10%	700 000
HCl, 32%	700 000
Salpetersyre, 31%	865 000

Diagram 5 Konduktivitet for en rekke løsninger i forskjellige konsentrasjoner

 

 

Konduktivitetsproben

Vårt prober tilgjengelig i en rekke modeller. Det som skiller dem er:

• Antall celler og deres plassering (2- eller 4-polet design)
• Polenes materiale
• Sonde materiale
• Integrert temperatursensor