Az elektromos vezetőképesség

Számos néven hívhatjuk mint például elektromos vagy elektrolitikus vezetőképességnek, EC vagy „vezkép”.

Az EC az egy adott szakaszon mért vezetőképesség mértéke. Mértékegysége a Siemens/cm (S/cm, mS/cm vagy µS/cm). Az „adott szakaszt” más néven cellaállandónak is nevezik, amely nem más, mint a vezetőképesség mérésére szolgáló szonda egyik gyárilag meghatározott paramétere.

De miért is kell mérni a vezetőképességet?

A vezetőképesség számos ipari alkalmazási terület számára lehet fontos. Lássunk néhány példát. A vízmelegítőkben, bojlerekben nagy mennyiségű víz áramlik keresztül.

A vízben lehetnek szennyeződések, amelyek gondokat okozhatnak a vízmelegítők működésében. A melegítés során a víz gőzzé alakul, a szennyeződés viszont visszamarad. Idővel ennek mennyiség jelentősen megnőhet, ami a bojler hatékonyságát csökkenti.

Mi az a TDS?

A vezetőképességből származtatható egyik mennyiség az úgynevezett összes oldott sótartalom, idegen rövidítéssel „TDS”. Ez lényegében az adott oldatban található oldott (mind szerves és szervetlen) anyagok mennyiségére utal. Mértékegysége a mg/l vagy a g/l (illetve az ezeknek megfelelő ppm és ppt).

További hasznos tippekért és tájékoztatásokért kattintson ide!

Kiemelt EC/TDS mérőink


Vezetőképesség (EC) méréssel kapcsolatos bejegyzéseink


Az EC-mérés során elkövethető 8 leggyakoribb hiba

Az EC-mérés során elkövethető 8 leggyakoribb hiba

A vezetőképesség-mérés során nem túl nehéz hibákat elkövetni, különösen akkor, ha az ember nem is igazán érti a mérés elméleti hátterét.

Olvass tovább
Tápoldat- és talajminta-mérés a HI 9814 mérőműszerrel

Tápoldat- és talajminta-mérés a HI 9814 mérőműszerrel

A kombinált műszerrel a pH-érték, a vezetőképesség (EC), az összes oldott sótartalom (TDS) és a hőmérséklet mérhető tápoldat vagy talajoldat esetében.

Olvass tovább
Az összes oldott sótartalom (TDS) szerepe a kávé minőségében

Az összes oldott sótartalom (TDS) szerepe a kávé minőségében

A naponta 2,5 milliárdnál is több elfogyasztott csésze miatt a kávé a világ egyik legnépszerűbb itala. Íze, minősége a felhasznált víztől függ.

Olvass tovább

Az EC lényegében koncentrációmérésen alapul. Fontos megjegyezni, hogy nem kifejezetten egy adott koncentráció mérésére szolgál, mivel nem minden anyag képes az áram vezetésére, így azok mennyisége e mérési módon nem vizsgálható. Csak azok az anyagok rendelkeznek vezetőképességgel, amelyekben ionok találhatók. Az ionok pozitív vagy negatív töltések szállítására képesek egy folyadékban. Ha például vízben cukrot oldunk fel, akkor az nem nagyon változtatja meg a víz vezetőképességét. Ennek oka az, hogy a cukor nem bomlik töltéstovábbításra képes ionokra.

A vezetőképesség közvetlen kapcsolatban áll az oldott ionos anyagok koncentrációjával. A TDS-mérés alapvetően egy közvetett mérés, mivel az eredményt a mért vezetőképességből származtatjuk. Minden oldat esetében létezik egy úgynevezett átváltási tényező, amelynek segítségével a mért EC alapján kiszámítható a TDS mértéke. A tényező egy anyag ismert oldott sótartalma alapján határozható meg. Lássunk is egy példát erre: 56 g/l TDS esetében a vezetőképesség 800 mS/cm. Mivel 800*0,07=56, így a tényező értéke 0,07.

Mérési praktikák

A szonda bemerítése a mintába

  • A kételektródos szondánál elég, ha az hozzáér az oldat felszínéhez
  • A négyelektródos szonda használata esetén mind a négy gyűrűnek (és a burkolaton található lyuknak) a folyadék felszíne alatt kell lennie.

A szonda (típustól függetlenül) a lehető legtávolabb legyen a mérőedény aljától és oldalától.

A kalibrálás során a kalibráló oldat értéke a várható mérési eredmények közelében legyen. Ne felejtsük el, hogy természetükből fakadóan a kalibráló oldatok nem rendelkeznek pufferelő kapacitással, így könnyen beszennyeződhetnek, ami viszont károsan befolyásolja a pontosságukat.

Az EC-kalibrálás lépései

  1. A kalibráló oldatba merítés előtt a szondát öblítsük le ioncserélt vízzel, majd óvatosan rázzuk le a felesleges vizet a szonda felszínéről.
  2. A kalibrálás előtti öblítéshez merítsük a szondát egy kalibráló oldatot tartalmazó edénybe, majd óvatosan keverjük meg vele az oldatot.
  3. Ezután hajtsuk végre a kalibrálást egy, tiszta standard oldatot tartalmazó edényben.
  4. Óvatosan ütögessük a szonda hegyét az edény aljához, így eltávolíthatók a burkolat alatt rekedt buborékok.
  5. Óvatosan keverjük meg a szondával az oldatot. Ne mozgassuk túl hevesen a szondát, mert buborékok alakulhatnak ki a folyadékban.
  6. Várjunk, hogy a mérés stabilizálódjon.

Korábban már említettünk egy példát az EC vagy vezetőképesség mérés fontosságára, most következzen még néhány.

Felületkezelés

Másik példa lehet a felületkezelés. Számos ilyen eljárás létezik, ezek közös vonása a kezelés közbeni öblítés, amellyel a kezelendő fémfelületeken található szennyeződés távolítható el. A fémfelületekről lemosott szennyeződések az öblítéshez használt vizet is szennyezik, így az idővel használhatatlanná válik. A víz takarékos felhasználáshoz célszerű a vezetőképesség mérése, mivel az EC alapján megbecsülhető, hogy az öblítővíz mennyire szennyeződött.

Növénytermesztés

Az EC-méréssel a talaj só- és tápanyagtartalma is ellenőrizhető. A különböző talajtípusok esetében eltér a vezetőképesség. Ennek ismeretében felbecsülhető, hogy mikor van szükség tápanyag hozzáadására vagy további öntözésre.A magasabb mért érték a magasabb tápanyagtartalomra utal, míg alacsonyabb eredmény esetén szükséges lehet a tápanyagok pótlása. Ne felejtsük el, hogy az EC- és TDS-mérés nem mutatja ki, hogy milyen tápanyagból vagy elemből van hiány, viszont következtetni lehet a tápanyagok átlagos összmennyiségére.

Gyógyszeripar

A vezetőképesség a gyógyszergyártás során is szerepet játszik, mivel e méréssel ellenőrizhető a gyógyszerek készítéséhez használandó víz minősége. A gyógyszergyárak nagyon szigorú minőségi előírásokkal dolgoznak, így igen fontos a megfelelő pontosságú mérőeszköz kiválasztása.

Most, hogy tudjuk, hol és miért célszerű a vezetőképesség mérése, nézzük meg, milyen szondákkal hajtható végre maga a vizsgálat.

Háromféle EC-szonda létezik.

  • Ezek az amperometriás (kételektródos szonda),
  • a potenciometriás (négyelektródos szonda)
  • és az induktív (toroid).
Kételektródos szonda Négyelektródos szonda Induktív (toroid)

Működési elv

A kételektródos szonda esetén két, egymástól szigetelt elektród gondoskodik a mérésről és a kapcsolatról a mért mintával. Ezek anyaga rozsdamentes acél, ami nem lép reakcióba a vizsgált anyaggal, illetve ellen tud állni annak vegyi hatásainak. A mérési eredmény a két elektród közötti feszültség és töltésáramlás segítségével határozható meg. Minél több ion van a mintában, annál kisebb ellenállás gátolja a töltésáramlást, azaz annál magasabb a vezetőképesség.

Előnyök:

  • A kételektródos szondák használata egyszerű, viszonylag olcsók, csak kis mennyiségű mintát igényelnek a méréshez, illetve nincs fringe-field effect. Ez utóbbira később még visszatérünk.

Hátrányok:

  • A két elektród közötti távolságnak állandónak kell lennie (azaz gondot okozhat, ha lerakódás kerül a felületükre vagy elgörbülnek), csak korlátozott EC-tartományokban alkalmazhatók (azaz több elektród szükséges az alacsony és a magas tartományokban végrehajtott mérésekhez).
  • Fontos szót ejteni még a polarizációs hatásról. Ez azt jelenti, hogy a két elektród között többlet-töltés jelentkezik, ami miatt a mérési eredmény a tényleges értéknél alacsonyabb lesz. Ez a megszokott rozsdamentes acél anyagú elektródok helyett grafitból készült érzékelőkkel küszöbölhető ki.

Működési elv

A négyelektródos szonda működése egy kissé eltérő. A két elektród helyett az ilyen szonda négy platina gyűrűvel rendelkezik. Két szonda úgynevezett „meghajtó elektródként” funkcionál, azaz váltakozó feszültség segítségével elektromos áramot hoznak létre a mintában. A másik két gyűrű az érzékelő szerepét tölti be, ezek a meghajtók által létrehozott feszültséghez képest tapasztalható potenciál-esést figyelik.

Előnyök:

  • Négyelektródos szondából elég egyetlen a teljes mérési tartomány lefogásához, illetve sokkal nagyobb pontosságot is biztosít, valamint a szonda felépítéséből eredően nem kell aggódni a polarizációs hatás miatt sem.

Hátrányok:

  • Azonban a négygyűrűs szonda méretei miatt nagyobb mennyiségű minta kell a méréshez, és az elektród ára is magasabb az előzőhöz képest.
  • És, bár nem fordul elő polarizáció, gondot okozhat a fringe-field effect. Ez azt jelenti, hogy a mérési mező (azaz a folyamatos töltésáramlás) a szondán kívül zajlik le. Ez azonban csak akkor jelent problémát, ha az elektród túl közel van a mérőedény vagy cső (azaz a tér, amelyben a mérés történik) falához. Ha a mérés elvégezhető úgy, hogy a szonda legalább 2,5 cm távolságban van minden felülettől, akkor elkerülhető a probléma.

Működési elv

A toroid szondák segítségével közvetlen kapcsolat nélkül hajtható végre a mérés. Az ilyen szondák vegyileg ellenálló burkolatán belül két tekercs található. Az egyik itt is a „meghajtó” szerepét tölti be, azaz mágneses mező segítségével áramot indukál a mintában. A mérés itt is az elektromos mező változásainak figyelésén alapul.

Előnyök:

  • A toroid szondák előnye, hogy a műanyag burkolatnak köszönhetően nem kerülnek közvetlen kapcsolatba a mért mintával.
  • Használatuk során nincs polarizációs hatás vagy fringe-field effect, illetve nincs szükség kalibráló oldatokra sem.
  • Ezen kívül nehezen dugulnak el, illetve a burkolat vegyileg ellenálló, valamint nagyon pontos mérésekre képesek a magasabb EC-tartományokban.

Hátrányok:

  • Hátrányuk, hogy a másik kettőhöz képest jóval magasabb az áruk, illetve az alacsony vezetőképesség-értékek mérése pontatlan.
  • S bár a műanyag burkolat valóban ellenálló, ügyelni kell, hogy ne kerüljön kapcsolatba szerves oldószerekkel vagy magas koncentrációjú klór-oldattal. A felületkezeléssel kapcsolatos mérések során is ügyelni kell, hogy ne legyenek inkompatibilitási problémák a burkolat és a minta között.

A vezetőképesség mérését befolyásolja a hőmérséklet. Ennek oka az, hogy a hőmérséklet hatással van az ionok viselkedésére. Magasabb hőmérséklet esetén az ionok aktivitása nő, így csökken az ellenállás és nő a vezetőképesség. Alacsony hőfok mellett csökken az ionok energiája, így nő az ellenállás és csökken a vezetőképesség. Mindezek miatt elengedhetetlen a mérések hőmérséklet-kompenzálása. Ez a szondába épített hőérzékelő segítségével biztosítható, amely lehetővé teszi a kompenzálást egy referencia hőmérséklethez képest.

 


HANNA Instruments Service Kft. © 2021.