Sonde de conductivité de laboratoire

Une sonde de conductivité de laboratoire est un outil permettant de mesurer la conductivité électrique d’une solution d’électrolyte et est basée sur la capacité du matériau à conduire un courant électrique. Elle permet de mesurer la conductivité dans les applications en laboratoire et sur le terrain.

Les électrolytes se dissolvent pour donner des ions conducteurs d’électricité. Plus la concentration en ions est élevée, plus la conductivité est élevée. La cellule de mesure de la sonde de conductivité se compose d’au moins deux pôles conducteurs de charge opposée pour mesurer la conductance d’un échantillon.

La conductivité est basée sur la loi d’Ohm, dans laquelle la tension (V) établie aux bornes d’une solution est proportionnelle au courant circulant (I) et la résistance (R) est une constante de proportionnalité. R peut être calculé avec le flux de courant mesuré, si une tension connue est appliquée. La conductance (G) est définie comme l’inverse de la résistance. Pour mesurer la conductance d’un échantillon, une cellule de mesure est requise. La mesure de la conductance dépend de la géométrie de la cellule de mesure, qui est décrite par la constante de la cellule (K). Il s’agit du rapport entre la distance (l) et la surface (A) des pôles. La conductance peut être transformée en conductivité normalisée en multipliant la conductance par la constante de la cellule.

La plupart des clients mesurent la conductivité sur une plage relativement limitée, par exemple en analysant toujours la même boisson ou de l’eau déionisée. Dans ce cas, un seul point suffit pour effectuer un étalonnage entre 0 µS/cm et cette valeur. Il est recommandé de choisir un étalon dont la conductivité est supérieure à la conductivité attendue de l’échantillon, par exemple 1 413 µS/cm pour une valeur attendue de 1 200 µS/cm. Un deuxième point d’étalonnage ne changerait pas de façon significative le résultat, car les autres étalons présentent une conductivité trop éloignée pour être pertinente (500 µS/cm et 12,88 mS/cm). Selon la méthode 2510B des Méthodes standard pour l’analyse de l’eau et des eaux usées et l’ASTM D1125, un étalonnage en un point de la constante de la cellule à une valeur de conductivité représentative suffit pour obtenir des résultats de conductivité précis.

L’étalonnage de la conductivité en plusieurs points n’est valide que lorsque vous utilisez la même sonde sur une large plage, par exemple de 50 à 5 000 µS/cm. Dans ce cas, des étalons de 84 µS/cm, de 1 413 µS/cm et de 12,88 mS/cm constitueraient un choix judicieux.

Les cellules de conductivité à 2 pôles classiques se composent de deux plaques. Normalement, les plaques sont entourées d’un tuyau extérieur qui les protège des dommages mécaniques et réduit les erreurs dues aux effets de champ. L’atout de la cellule de conductivité à 2 pôles est de mesurer une faible conductivité avec une grande précision. Une plage de mesure typique va de 0,001 à 1 000 μS/cm. Les principales applications d’une cellule à 2 pôles sont la mesure de la conductivité de l’eau pure, des solutions aqueuses fortement diluées et des solutions non aqueuses.

Une cellule à 4 pôles se compose d’un pôle extérieur et d’un pôle intérieur. Les pôles externes sont les pôles de courant auxquels un courant alternatif est appliqué. Ils opèrent de manière identique à celles d’une sonde à 2 pôles. Les pôles internes de mesure sont placés dans le champ électrique des pôles de courant et mesurent la tension avec un amplificateur à haute impédance. Par conséquent, très peu de courant circule dans les pôles internes où la mesure est effectuée. C’est pourquoi il n’existe aucun effet de polarisation susceptible d’influencer la mesure. L’atout d’une cellule de conductivité à 4 pôles réside dans la mesure de la conductivité sur une grande plage de mesure allant de 10 μS/cm à 1 000 mS/cm. Les principales applications de ce type de sonde sont les mesures effectuées dans l’eau de mer, les eaux usées ou les acides ou bases dilués.

Le choix d’une sonde de conductivité adaptée est un facteur déterminant pour obtenir des résultats précis et fiables. La sonde adaptée est celle qui répond le mieux aux besoins de votre application.

a. L’absence de réaction chimique entre l’échantillon et la sonde constitue une condition élémentaire. Pour les échantillons chimiquement réactifs, le verre et le platine constituent souvent le meilleur choix parce qu’ils offrent la meilleure résistance chimique parmi tous les matériaux couramment utilisés dans les cellules. Pour les applications de terrain et aussi de nombreuses applications de laboratoire, la stabilité mécanique de la sonde est un facteur plus important. On utilise souvent une sonde de conductivité avec un corps en époxy et des électrodes de graphite, car cette configuration est assez durable et offre également une bonne résistance aux produits chimiques. Pour les solutions aqueuses et les solvants organiques faiblement réactifs, l’utilisation de cellules en acier ou en titane est souvent une bonne alternative. Le choix devient particulièrement important pour les échantillons non aqueux, à faible conductivité, riches en protéines et visqueux. En effet, pour ces échantillons, les électrodes de pH standard constituent des sources d’erreur potentielles.

b. Une bonne constante de la cellule va de pair avec la conductivité de l’échantillon. Plus la conductivité prévue de l’échantillon est petite, plus la constante de la cellule de la sonde doit être petite. Pour faire son choix entre une cellule à 2 pôles et une cellule à 4 pôles, la règle générale suivante peut être employée : pour les mesures de faible conductivité, une cellule à 2 pôles doit être utilisée. Pour les mesures de conductivité moyenne ou élevée, privilégier une cellule à 4 pôles, en particulier pour les mesures sur une large plage de valeurs de conductivité.
 

Il existe plusieurs façons de compenser la température.

La conductivité d’une solution aqueuse est fortement influencée par la température (~2 %/°C). C’est pourquoi une convention veut que chaque mesure de conductivité soit associée à une température de référence, généralement 20 °C ou 25 °C.

Différentes méthodes de correction de la température ont été développées pour convenir aux différents utilisateurs :

• Linéaire : pour les solutions à conductivité forte ou moyenne
• Non linéaire : pour les eaux naturelles comme l’eau souterraine, l’eau de surface, l’eau potable et les eaux usées
• Eau pure : eau ultrapure, eau déionisée et eau distillée
• Aucune : certaines normes comme l’USP <645> interdisent toute compensation de la température

La température peut avoir un impact considérable sur différents ions sur des concentrations variables du même type d’ion. Ainsi, un facteur de compensation, appelé coefficient de température (α), doit être déterminé pour chaque type d’échantillon. (C’est également le cas pour les solutions étalons. Tous les instruments de mesure METTLER TOLEDO disposent d’une fonction de compensation automatique, qui repose sur des tableaux de température prédéfinis.)

Chaque sonde est livrée avec son manuel d’utilisation, qui stipule les recommandations de stockage à court terme et à long terme. En vue d’un stockage prolongé, les sondes de conductivité de laboratoire doivent généralement être stockées à sec.

Les sondes de conductivité de laboratoire n’ont pas de date de péremption. Si la sonde est utilisée dans les plages de température indiquées et que l’ensemble sonde-câble n’est soumis à aucune contrainte mécanique ni aucune attaque chimique, sa durée de vie est en théorie illimitée. Néanmoins, la constante de la cellule peut dériver, en raison de dépôts de substances grasses et de précipités. Dans la plupart des cas, un rinçage de la sonde avec de l’éthanol, de l’alcool isopropylique ou de l’acétone suffit à la remettre à neuf.

Les sondes à des plages de conductivité faibles, notamment InLab^® 741, InLab 742 et InLab Trace sont livrés avec un certificat stipulant la constante de la cellule mesurée. Il s’agit de constantes de cellule certifiées qui sont déterminées après le processus de fabrication directement à l’usine avec une traçabilité conforme aux normes ASTM et NIST. Avec une incertitude maximale de ±2 %, ils sont suffisamment précis et peuvent être utilisés pour des mesures de conductivité en indiquant directement la valeur de la constante de la cellule dans l’instrument, sans avoir besoin d’un étalonnage. La constante de la cellule certifiée est indiquée sur le certificat de qualité, imprimée sur le câble de la sonde, et mémorisée sur la puce ISM de cette dernière.

Comme ces sondes de conductivité de laboratoire sont conçues spécifiquement pour effectuer des mesures dans des milieux à faible conductivité, comme l’eau pure, l’eau ultrapure, l’eau distillée et l’eau déionisée, la cellule de mesure a peu de chances d’être contaminée. La constante de la cellule peut donc être considérée comme stable. Néanmoins, un contrôle régulier de la précision à l’aide d’un étalon de conductivité (p. ex., 10 µS/cm) est essentiel.

Toutes les autres sondes de conductivité METTLER TOLEDO sont livrées avec des certificats indiquant la constante de la cellule nominale. Ces sondes de conductivité de laboratoire doivent être étalonnées avant l’utilisation des solutions étalons appropriées.

Si la constante de la cellule exacte est inconnue, un étalonnage doit être effectué. Si elle est connue, la vérification est suffisante. C’est le cas des sondes dont la constante de la cellule est certifiée ou des sondes préalablement étalonnées.

Oui, c’est possible. Les substances organiques ont également des propriétés dissociatives. Les composés organiques tels que le benzène, les alcools et les produits pétroliers ont généralement une très faible conductivité.

Les sondes doivent être rincées à l’eau désionisée après chaque mesure. Si la sonde a été exposée à un échantillon non miscible à l’eau, elle doit être nettoyée avec un solvant miscible à l’eau, par exemple de l’éthanol ou de l’acétone, puis rincée soigneusement à l’eau déionisée. En cas d’accumulation de solides à l’intérieur de la cellule de mesure, retirez-les avec précaution à l’aide d’un coton-tige imbibé d’une solution détergente, puis rincez la sonde à l’eau déionisée.

(Attention : les sondes dont les pôles sont platinés ne doivent jamais être nettoyées mécaniquement, car cela risque de les endommager).