Pomiar przewodności — poradnik teoretyczny

Przewodnik zawiera wszelkie ważne podstawy niezbędne do zrozumienia pomiaru przewodności. Ponadto omówiono w nim wszystkie istotne czynniki wpływające na pomiar i możliwe źródła błędów. Broszura nie ogranicza się wyłącznie do aspektów teoretycznych. Zawiera także obszerną część praktyczną z poradnikami krok po kroku oraz wskazówkami pomagającymi wykonać niezawodną kalibrację i pomiary, opisy konkretnych zastosowań oraz rozdział przedstawiający odpowiedzi na często zadawane pytania.

Podgląd Przewodnika po teorii pomiaru przewodności

1. Wprowadzenie do przewodności

Przewodność elektryczną mierzy się w praktyce do ponad 100 lat i do dziś pozostaje ważnym i powszechnie stosowanym parametrem analitycznym. Wysoka niezawodność, czułość, szybkie działanie i względnie niskie koszty urządzeń sprawiają, że przewodność jest cennym i łatwym w użyciu narzędziem kontroli jakości. Przewodność elektryczna jest nieswoistym parametrem sumarycznym opisującym wszystkie rozpuszczone związki jonowe (sole, kwasy i niektóre substancje organiczne) w roztworze. Oznacza to, że technikę tę można zastosować do różnicowania wielu różnych rodzajów jonów. Odczyt jest proporcjonalny to połączonego skutku wywołanego przez wszystkie jony w próbce. Dlatego parametr ten jest ważnym narzędziem monitorowania i nadzoru wielu różnych rodzajów wody (wody czystej, wody pitnej, wody naturalnej, wody technologicznej) i innych rozpuszczalników. Jest także stosowany do oznaczania stężeń związków chemicznych, które przewodzą prąd.

2. Teoria, podstawowe informacje i definicja

Przewodność elektryczna oznacza zdolność danego materiału do przewodzenia prądu elektrycznego. Terminu przewodność można także używać w innych kontekstach (np. w kontekście przewodności cieplnej). Dla uproszczenia w tym przewodniku termin „przewodniość" jest zawsze używany w znaczeniu przewodności elektrycznej.

Transport prądu elektrycznego przez materię zawsze wymaga obecności naładowanych cząsteczek. Przewodniki dzielą się na dwie główne grupy w zależności od charakteru naładowanej cząsteczki. Przewodniki z pierwszej grupy składają sie z siatki atomów otoczonych zewnętrzną powłoką elektronów. Elektrony znajdujące się w tej elektronowej chmurze odrywają się swobodnie od swojego atomu i transportują energię elektryczną poprzez sieć, a zatem poprzez
materiał. Do tej grupy należą metale, grafit i kilka innych związków chemicznych.

Przewodniki z drugiej grupy to tzw. przewodniki jonowe. W przeciwieństwie do przewodników z pierwszej grupy przepływ prądu nie jest wywołany swobodnym ruchem elektronów, lecz przez jony. W związku z tym przepływ ładunku w elektrolitach jest zawsze związany z transportem materii. Przewodniki z drugiej grupy składają się z elektrycznie naładowanych i ruchomych jonów i są określane jako elektrolity. Zachodzi jonizacja
2.2 Definicja przewodności

 

Zgodnie z prawem Ohma (1) napięcie (V) powstałe w roztworze jest proporcjonalne do przepływającego prądu (I):

R = rezystancja (ohm, Ω)
V = napięcie (volt, V)
I = natężenie (amper, A)

 

 

 

Rezystancja (R) to stała proporcjonalności, którą można obliczyć poprzez pomiar natężenia prądu, o ile znana jest wartość zastosowanego napięcia:

 

 

 

 

.. dowiedz się więcej z Przewodnika po teorii przewodności ....

2.1 Przewodność elektryczna — podstawowe informacje
2.2 Definicja przewodności
2.3 Przewodność roztworów
2.3.1 Rozpuszczone jony
2.3.2 Samojonizacja wody
2.4 Zasada pomiaru
2.5 Czujnik przewodności
2.5.1 2-biegunowa cela konduktometryczna
2.5.2 4-biegunowa cela konduktometryczna
2.5.3 Materiał
2.5.4 Wybór odpowiedniego czujnika
2.6 Wpływ temperatury
2.6.1 Liniowa korekcja temperatury
2.6.2 Korekcja nieliniowa
2.6.3 Woda czysta
2.6.4 Brak
2.7 Zakłócenia pomiaru przewodności
2.7.1 Rozpuszczenie substancji gazowych
2.7.2 Pęcherzyki powietrza
2.7.3 Powlekanie powierzchni elektrody
2.7.4 Błędy związane z geometrią — efekty pól magnetycznych

3. Kodeks najlepszej praktyki

Przewodność jest mierzona w bardzo wielu różnych zastosowaniach. Druga część tego przewodnika zawiera wiele praktycznych informacji o zastosowaniach. Po pierwsze, przedstawiono w niej ogólną instrukcję kalibracji, weryfikacji i pomiarów przewodności, w tym szczególny przypadek pomiaru niskiej przewodności. Ponadto omówiono sposoby konserwacji i przechowywania czujników przewodności. W kolejnych rozdziałach znajdziemy szczegółowy opis ważnych zastosowań.

Wszystkie czujniki przewodności METTLER TOLEDO zapewniają dodatkowe tryby pomiaru oprócz pomiarów przewodności. Tabela 7 zawiera opis trybów pomiaru, które są obsługiwane przez miernik. W pkt 3.6 opisano szczegółowo pomiary substancji rozpuszczonych, zasolenia, popiołu konduktometrycznego i bioetanolu.

 

 .. dowiedz się więcej z Przewodnika po teorii przewodności ....

3.1 Kalibracja i weryfikacja
3.2 Porady dotyczące stosowania standardowych roztworów
3.3 Pomiar
3.4 Pomiar niskiej przewodności
3.5 Konserwacja i przechowywanie
3.6 Specyficzne zastosowania
3.6.1 Substancje rozpuszczone
3.6.2 Pomiary stężenia
3.6.3 Zasolenie
3.6.4 Woda ultraczysta
3.6.5 Rezystancja
3.6.6 Konduktometryczny pomiar zawartości popiołu
3.6.7 Bioetanol

 

4. Często zadawane pytania

Jak wybrać właściwy czujnik?

W wyborze właściwego czujnika może pomóc sprawdzenie trzech poniższych kryteriów.

1. Stabilność chemiczna:

• Między materiałem czujnika a próbką nie mogą zachodzić żadne reakcje chemiczne.

2. Typ konstrukcji:

• Czujnik 2-biegunowy: najlepsze wyniki przy pomiarach niskiej przewodności
• Czujnik 4-biegunowy: najlepszy do pomiarów średniej i wysokiej przewodności

3. Stała celi:

• Używaj czujnika z niską stałą celi (0,01–0,1 cm-1) do pomiarów niskiej przewodności i czujnika z wysoką stałą celi (0,5–1,0 cm-1) do pomiarów średniej i wysokiej przewodności.

 

5. Glosariusz

Prąd zmienny (AC): Przepływ ładunku elektrycznego, który okresowo zmienia kierunek na przeciwny.

Anion: Jon o ładunku ujemnym.

Kalibracja: Empiryczne określenie stałej celi poprzez pomiar wzorca przewodności.

Kation: Jon o ładunku dodatnim.

Stała celi K [cm-1]: Teoretyczna: K = l / A; Stosunek odległości między elektrodami (l) do efektywnej powierzchni przekroju elektrolitu między biegunami (A).

Stała celi jest stosowana do przekształcania konduktancji w przewodność i jest ustalana w drodze kalibracji.

Różnica między teoretyczną a rzeczywistą stałą celi jest spowodowana liniami pola.

Konduktancja G [S]: Zdolność materiału do przewodzenia prądu.

 

6. Załącznik (Współczynniki korekcji temperaturowej)

 

 ... dowiedz się więcej z Przewodnika po teorii przewodności ....

6.1 Współczynniki korekcji temperaturowej f25 dla nieliniowej korekcji przewodności
6.2 Współczynniki temperaturowe (wartości α) dla wzorców przewodności METTLER TOLEDO
6.3 Współczynniki przeliczania przewodności na zawartość substancji rozpuszczonych (TDS)

Odwiedź stronę METTLER TOLEDO i pobierz przewodnik.