+38 (073) 492 29 01
+38 (075) 492 29 01
+38 (077) 492 29 01
Вимірювання електролітичної провідності води
Провідність, або електропровідність (EC, від electrical conductivity) показує, наскільки добре водний розчин проводить електричний струм. Електропровідність вимірюється в сименсах, і ця величина обернено пропорційна опору:
G = 1/R = [1/Ом] = [См]
У воді струм переносять іони. Тому абсолютно чиста вода має низьку провідність: завдяки самоіонізації утворюється незначна кількість іонів. Але провідність води зростає зі збільшенням концентрації в розчині речовин, які дисоціюють на іони, а саме: розчинених солей, лугів, хлоридів, сульфатів і карбонатів. Таким чином, провідність показує загальну насиченість розчину іонами, без визначення їх природи.
Для практичних вимірювань провідності використовують спеціальні прилади – кондуктометри, а також солеміри (TDS-метри), які перераховують провідність у загальний солевміст. Огляд кишенькових, портативних, лабораторних і промислових приладів дивіться в каталозі лабораторного обладнання.
Что такое удельная электропроводность?
На практиці для оцінки насиченості розчину електролітами використовують питому електропровідність – тобто провідність, перераховану на стандартну геометрію зразка (тобто провідність розчину, поміщеного у ємність площею 1 см² з висотою стовпця рідини 1 см). Різниця між провідністю та питомою провідністю така ж, як між опором конкретного мідного дроту заданої довжини й перетину та питомим опором міді: питома провідність характеризує саме властивість речовини, а не конкретної кількості зразка.
Одиниці вимірювання провідності
Провідність вимірюють у сименсах на сантиметр (См/см). При вимірюванні провідності води та розчинів найчастіше використовують кратні одиниці: мікросименс на сантиметр та мілісименс на сантиметр.
- Чиста та питна вода – мкСм/см (μS/cm)
- Мінералізовані розчини – мСм/см (mS/cm)
Питома провідність деяких розчинів за концентрації 1000 мг/л
| Состав | мкСм/см за 25°C |
| Бікарбонат натрію NaHCO₃ | 870 |
| Сульфат натрію Na₂SO₄ | 1300 |
| Хлорид натрію NaCl | 1990 |
| Карбонат натрію Na₂CO₃ | 1600 |
| Гідроксид натрію NaOH | 5820 |
| Гідроксид амонію NH₄OH | 189 |
| Хлоридна кислота HCl | 11000 |
| Фтористоводнева кислота HF | 2420 |
| Азотна кислота HNO₃ | 6380 |
| Фосфорна кислота H₃PO₄ | 2250 |
| Сірчана кислота H₂SO₄ | 6350 |
Наскільки електропровідною є вода?
Мінеральна частина природної води в основному складається з іонів натрію (Na⁺), кальцію (Ca²⁺), калію (K⁺), хлору (Cl⁻), гідрокарбонату (HCO₃⁻) і сульфату (SO₄²⁻). Саме ці іони визначають електропровідність природних вод, а відхилення від типових значень електропровідності можуть виникати через домішки інших солей. Нижче наведено типові діапазони провідності (не норми) для деяких типів води, точні значення залежать від джерела і системи очищення.
|
0,055 мкСм/см |
|---|
|
Теоретично чиста вода при 25°C (лише H⁺/OH⁻ від самоіонізації) |
|
0,1–10 мкСм/см |
|---|
|
Демінералізована вода (реальна) |
|
0,5–3 (5) мкСм/см |
|---|
|
Дистильована вода, провідність росте при контакті з повітрям |
|
5–50 мкСм/см |
|---|
|
Вода після зворотного осмосу |
|
200–1000 мкСм/см |
|---|
|
Водопровідна (питна) вода |
|
1000–10 000 мкСм/см |
|---|
|
Забруднена (стічна) вода |
|
50–55 мсм/см |
|---|
|
Високосолона (морська) вода |
|
70 000 мсм/см |
|---|
|
Розчин NaCl 5% |
Вплив температури, термокомпенсація
Температура значно впливає на провідність, оскільки при її підвищенні посилюється дисоціація (для слабких електролітів) та рухливість іонів у розчині через зниження в'язкості води. Отже, виміри одного й того самого зразка за різних температурних умов даватимуть різні значення. Тому результат завжди приводять до опорної температури, найчастіше 25°C (у приладах європейського виробництва часто 20°C).
Для різних розчинів визначені графіки провідності за певних температур. Сучасні кондуктометри та солеміри вимірюють температуру розчину за допомогою вбудованого датчика і відповідно до неї за температурними кривими провідності коригують показники провідності/солоності. Температурні коефіцієнти можуть бути лінійними або нелінійними. На графіку зображено температурні криві для лінійної та нелінійної залежності. Виміряне значення при 15°C може дати різні значення провідності при приведенні до опорної температури залежно від виду температурної компенсації.
Для фармацевтичної води діють особливі вимоги: USP <645> та Європейська фармакопея вимагають вимірювати лише «сирий» сигнал без температурної компенсації за фактичної температури зразка, а потім порівнюють його з таблицею лімітів, які прив'язані до конкретних температурних інтервалів.
- Для чистих речовин та більшості розчинів і добрив може використовуватися лінійна залежність. Її називають нахилом (температурним коефіцієнтом) конкретного розчину та виражають як відносну зміну питомої провідності на 1°C. Значення лінійної температурної корекції коливаються приблизно від 1,5% до 7% на °C, залежно від природи та концентрації провідних іонів у розчині. Надчиста вода має нахил в 5,2% на °C. Для більшості водних розчинів провідність зростає приблизно на 2% на кожен градус, саме такий коефіцієнт β використовують базові моделі Hanna Instruments, "старші" моделі дозволяють регулювати його в діапазоні від 0 до 2,5% на °C.
- Для природних вод або для змішаних розчинів, що містять багато сполук, залежність провідності від температури нелінійна, що вимагає нелінійного рівняння для температурної корекції. Нелінійна термокомпенсація провідності застосовується для природних, поверхневих і стічних вод за ISO 7888 / EN 27888. Ця опція доступна, наприклад, у приладах WTW поряд із лінійною.
Розрахунок загального солевмісту (TDS)
Провідність можуть викликати різні іони, тому показники провідності не є специфічними щодо складу розчину. Вочевидь, точно встановити за значенням провідності кількість розчиненої речовини майже неможливо, це як розв'язати рівняння з багатьма невідомими. Але дуже часто EC використовують як швидкий непрямий показник загального вмісту солей, адже для відомих матриць цілком можливо оцінити концентрацію загальних розчинених речовин, а також зробити висновки щодо процесу за її зміною.
За значенням провідності можна розрахувати загальну кількість розчинених твердих речовин TDS (total dissolved solids).
Поширені правила розрахунку солевмісту (орієнтовні коефіцієнти):
- Якщо у воді переважає хлорид натрію TDS = проводимость у мкС/см × 0,5 (мг/л)
- Для води з мішаним іонним складом TDS = проводимость у мкС/см × 0,7 (мг/л)
Особливості розрахунку TDS для висококонцентрованих розчинів
Недолік прив'язки питомої провідності до концентрації полягає ще і в тому, що концентровані розчини показують дещо занижене число мкС/см на кожен мг/л порівняно з розведеними, як показано на графіку. Цей ефект пов'язаний зі зниженням рухливості іонів при зростанні концентрації, що лежить в основі теорії міжіонного притягання.
Практичне застосування електропровідності розчинів
Вимірювання провідності широко використовуються в промисловості, муніципальних і комерційних установах, для оцінки загальної кількості домішок у розчинах. Головний недолік вимірювань питомої провідності це те, що вони не специфічні, не дають можливості розпізнавання різних типів іонів. Але для більшості застосувань це не потрібно, достатньо визначається вміст/динаміку всіх наявних іонів і деяких іонів, як NaOH, HCI, представлених в значно більшому ступені. Для відомих матриць можна перерахувати отриманні значення у загальний солевміст за певним коефіцієнтом. У цілому, вимірювання питомої провідності – це швидкий, надійний і недорогий спосіб оцінити кількість іонних сполук у воді.
