De basisprincipes van elektrische geleidbaarheid

30/05/2022

Geleidbaarheid wordt meestal gedefinieerd als het vermogen van een stof om warmte, geluid of elektriciteit over te brengen. In dit blogartikel zullen we ons richten op elektrische geleidbaarheid (EC), het vermogen van een vloeistof om een elektrische stroom te geleiden.

Lees ook: 'Opgeloste zuurstof: de voordelen van optisch meten'

Wat is geleidbaarheid?

Kleine geladen deeltjes die ionen worden genoemd, helpen om de elektrische lading door een stof te dragen. Deze ionen kunnen positief of negatief geladen zijn. Hoe meer ionen beschikbaar zijn, hoe hoger de geleidbaarheid. Minder ionen zal resulteren in een lagere geleidbaarheid. Hoe hoger de geleidbaarheid, hoe hoger het vermogen van een oplossing om elektriciteit te geleiden. Dit is een gevolg van een groot aantal geladen ionen die in de oplossing aanwezig zijn.

xxx

Wat is het verschil tussen elektrische geleidbaarheid en weerstand?

Elektrische geleidbaarheid (s) is gebaseerd op geleiding. Geleiding is eenvoudigweg het vermogen van een stof om stroom over te brengen. Geleiding, of EC, wordt gemeten in Siemens. Geleidbaarheid kijkt naar de geleiding van een stof over een bepaald gebied. De eenheden die we gebruiken om EC te meten zijn Siemens/cm (S/cm, mS/cm, μ S/cm, dS/m). Ultrapuur water heeft bijvoorbeeld een geleidbaarheid van .055 μS/cm bij 25°C.

Elektrische weerstand (ρ) richt zich op weerstand, het vermogen van een stof om geen stroom over te brengen. Resistiviteit is dus een meting van de weerstand over een bepaald gebied van een stof. De eenheden die we gebruiken om elektrische weerstand te meten, zijn ohm/cm. Ultrapuur water zou bijvoorbeeld een waarde hebben van 18,16 Mohm/cm. bij 25°C.

Hoewel geleidbaarheid en weerstand wederkerige eenheden zijn die gemakkelijk kunnen worden omgezet, wordt weerstand meestal gebruikt voor zeer lage elektrolytconcentraties of sporenverontreinigingen zoals ultrapuur water en geleidbaarheid voor het uitdrukken van zinvolle zoutniveaus, d.w.z. zout water, galvaniseerbaden en zuurconcentraties.

Welke industrieën zijn afhankelijk van EC-metingen?

Nu we een overzicht hebben gegeven van elektrische geleidbaarheid (EC), laten we eens kijken naar specifieke toepassingen van EC en welke industrieën regelmatig EC-metingen gebruiken.

xxx

Geleidbaarheid en landbouw

Als het gaat om de landbouwindustrie, is het kennen van de elektrische geleidbaarheid van de bodem uiterst belangrijk voor de gezondheid en groei van gewassen. Zowel boeren als telers houden zich vaak bezig met het monitoren van fosfaten, nitraten, calcium en kalium van de bodem, omdat deze voedingsstoffen essentieel zijn voor een succesvolle plantengroei. Het testen van de elektrische geleidbaarheid van de bodem kan telers helpen bij het bijhouden van alle voedingsstoffen die in hun bodem aanwezig zijn. EC kan de hoeveelheid voedingsstoffen in de bodem aangeven en helpt telers om te bepalen of hun bodem meer voedingsstoffen nodig heeft of dat er te veel voedingsstoffen aanwezig zijn. Het meten van de EC van de bodem bespaart telers op de lange termijn geld en zorgt voor een gezonde gewasproductie.

xxx

Geleidbaarheid en waterbehandeling

Elektrische geleidbaarheid speelt een grote rol in verschillende waterkwaliteitstoepassingen. Bij de behandeling van afvalwater wordt EC gemeten om ervoor te zorgen dat het zoutgehalte van uitgaand afvalwater vergelijkbaar is met het waterlichaam waarin het wordt geloosd. Het vrijgeven van water met een extreem hoog of laag zoutgehalte kan schadelijke effecten hebben op de gezondheid van het waterleven. Het binnen de aanvaardbare bandbreedtes houden van EC-metingen is essentieel en instrumenteel voor het behoud van een gezond en duurzaam ecosysteem voor onze oceanen en waterwegen.

xxx

Geleidbaarheid en galvaniseerbaden

Geleidbaarheid kan ook van invloed zijn op galvaniseerbaden en het is een veel voorkomende test in industrieën zoals lucht- en ruimtevaart, auto's en sieraden. Vaak worden metalen spoelbaden gebruikt om resterende chemicaliën van vergulde voorwerpen te verwijderen. Wanneer dit gebeurt, helpen tegenstroomspoelingen om het gegenereerde afvalwater te minimaliseren. Het meten van de geleidbaarheid op dit punt van het beplatingsproces bepaalt of er meer water nodig is en moet worden ingespoeld.

Geleidbaarheidsmetingen kunnen worden gebruikt om nuttige branchespecifieke metingen te leveren, zoals Totaal Opgeloste vaste Stoffen (TDS) en zoutgehalte.

Meten van geleidbaarheid en totaal opgeloste vaste stoffen

Total Dissolved Solids (TDS) wordt gebruikt om het vaste gehalte van een oplossing te bepalen. Een EC-meting wordt vaak gebruikt om de TDS te schatten. Dit veronderstelt dat de lichamen ionisch van aard zijn en dat de relatie tussen de opgeloste ionen en geleidbaarheid bekend is.

TDS maakt gebruik van meeteenheden van mg/l (ppm) of g/l. Met bepaalde geleidbaarheidsmeters kan de gebruiker de TDS-factor voor de conversie invoeren, maar op meer basismeters wordt de factor meestal automatisch ingesteld op 0,50. De TDS-factor voor sterke ionische oplossingen is 0,5 en voor zwakke ionische oplossingen zoals meststoffen is dat 0,7. Het is belangrijk op te merken dat de TDS-conversiefactoren voor elke vaste stof anders zijn. Zie de vergelijking en het voorbeeld hieronder om te zien hoe u een EC-meting zou converteren naar TDS.

TDS = factor x EC25

Voorbeeld: 100 uS/cm geleidbaarheid is een TDS van 59 ppm wanneer de factor 0,5 is.

Monster bij 25 °C Mohm/cm µS/cm mS/cm TDS
Ultrapuur water 18.16 .055    
Ketelwater 1.0 1.0   0,5 ppm
Drinkwater   500-800 0,5-0,8 250-440 ppm
Oceaanwater   53000 53,0 9,24 g/l
1 M NaCl   85000 85,0 42,5 g/l
5% NaOH   223000 223  
50% NaOh   150000 150  
1 M HCl   332000 332  
10% HCl   700000 700  
32% HCl   700000 700  
31% HNO3   865000 865  

Meten van geleidbaarheid en zoutgehalte

xxx

EC-metingen kunnen ook worden gebruikt om het zoutgehalte van zeewater te bepalen. Er zijn verschillende schalen beschikbaar voor zoutgehaltemetingen in zout water, afhankelijk van de mogelijkheden van uw geleidbaarheidsmeter. De drie meest voorkomende zoutgehalteschalen zijn:

  • praktische zoutgehalteschaal (0,00 tot 42,00 praktische zoutgehalte-eenheden (PSU)
  • procentuele schaal (0,0 tot 400,0%), waarbij 100% zeewater is
  • natuurlijke zeewaterschaal (0,00 tot 80,00 ppt)

Geleidbaarheidsmeters hebben de algoritmes om de geleidbaarheidsmeting om te zetten naar de gewenste schaal.

Hoe beïnvloedt temperatuur de geleidbaarheid?

xxx

Iets om ook in gedachten te houden is dat de temperatuur van een stof van invloed is op uw EC-metingen. De ionenactiviteit en concentratie van een stof zijn afhankelijk van de temperatuur en dit beïnvloedt op zijn beurt de geleidbaarheid. Hoe hoger de temperatuur van een oplossing, hoe lager de weerstand (wat neerkomt op een hogere geleiding). Omgekeerd, hoe lager de temperatuur van een stof, hoe hoger de weerstand (en hoe lager de geleidbaarheid). Geïntegreerde temperatuursensoren in geleidbaarheidsmeters meten de temperatuur van de oplossing in real-time. Compensatie corrigeert de gemeten geleidbaarheid naar een referentietemperatuur door een vaste factor β toe te passen voor lineaire compensatie. Geavanceerde geleidbaarheidsmeters maken het mogelijk om β aan te passen om verschillende oplossingen te compenseren en een referentietemperatuur over een breder temperatuurbereik aan te passen.

Welke instrumenten kun je inzetten om geleidbaarheid te meten?

xxx

Er zijn verschillende soorten geleidbaarheidselektroden die kunnen worden gecombineerd met een geleidbaarheidsmeter om nauwkeurige geleidbaarheidsmetingen te verzamelen.

Amperometrisch

Dit is een twee-elektrodesonde die een amperometrische benadering gebruikt om de meting uit te voeren. Deze twee elektroden zijn van elkaar geïsoleerd, maar blijven in contact met de oplossing die u meet. Deze sonde werkt door wisselspanning op een specifieke frequentie toe te passen tussen een paar elektroden in een oplossing. Sondes met twee elektroden hebben niet veel monster nodig om de sensor te bedekken, maar ze hebben een beperkt bereik. Als u monsters met variabele geleidbaarheid test, moet u mogelijk meer dan één sonde en/of meter aanschaffen.

Potentiometrisch

Dit is een vierringselektrode die de potentiometrische benadering gebruikt om een meting te doen. Een wisselstroom wordt toegepast op de buitenste twee 'drive'-elektroden om een stroom door de oplossing te induceren. De binnenste elektroden meten de potentiële daling veroorzaakt door de stroom. Vierringselektroden kunnen een breder ionenconcentratiebereik bestrijken en bieden een hogere mate van nauwkeurigheid. Ze vereisen echter wel een grotere steekproefomvang.

Hanna Instruments-oplossingen

Hanna Instruments biedt een verscheidenheid aan wetenschappelijke apparatuur die geleidbaarheid kan meten.

xxx

Edge EC/TDS/zoutgehalte HI2003

Hanna Instruments' edge EC HI2003 kan geleidbaarheid, TDS en zoutgehalte meten en is een handig tafelmodel. De HI2003 maakt gebruik van een geleidbaarheidselektrode met vier ringen waarmee u monsters kunt meten van zeer lage tot zeer hoge geleidbaarheid. De meter is ongelooflijk veelzijdig en kan in verschillende omgevingen worden gebruikt zonder de ruimte van een traditionele tafelmeter in te nemen. Voor extra ruimte in het lab kunt u de wandbevestigingshouder gebruiken.

xxx

HI5321 EC/TDS/zoutgehalte/weerstand

Hanna Instruments biedt ook een tafelmodel meter voor laboratoriumonderzoek. Onze HI5321 is een geavanceerde onderzoekskwaliteit EC/TDS/zoutgehalte/weerstandsmeter. Deze is volledig aanpasbaar met een groot kleuren-lcd, aanraaktoetsen en USB-poort voor computerconnectiviteit. Onze EC/TDS/NaCl-meter heeft een uitgebreid bereik van 0,001 μS/cm tot 1 S/cm. Bovendien is deze voorgeprogrammeerd met USP <645>-methodes voor water voor injectie (WFI). De HI5321 biedt specifieke instructies voor het uitvoeren van elke teststap en bewaakt automatisch de temperatuur, geleidbaarheid en stabiliteit tijdens het testen.

xxx

HI98192 draagbaar EC/TDS/weerstand/zoutgehalte

Een ander analytisch instrument dat Hanna Instruments aanbiedt is de waterdichte EC/TDS/resistiviteit/zoutgehaltemeter HI98192. Deze draagbare meter wordt geleverd met alle accessoires die u nodig hebt om EC-, TDS-, weerstands- en zoutgehaltemetingen uit te voeren in een robuuste draagtas. Ontworpen met een geleidbaarheidselektrode met vier ringen en een ingebouwde temperatuursensor, produceert deze nauwkeurige metingen. Deze waterbestendige meter voldoet aan de IP67-normen en beschikt over een uitgebreid geleidbaarheidsbereik van 0,000 μS/cm tot 1000 mS/cm werkelijke geleidbaarheid (400 mS/cm temperatuurgecompenseerd). De HI98192 heeft ook bereiken voor TDS, weerstand en drie zoutgehalteschalen.

Bekijk alle geleidbaarheidsmeters van Hanna Instruments





< Terug