Sensor Konduktivitas Laboratorium

Sensor konduktivitas laboratorium adalah alat untuk mengukur konduktivitas listrik pada larutan elektrolit dan didasarkan pada kemampuan bahan untuk menghasilkan aliran listrik. Alat ini digunakan untuk mengukur konduktivitas dalam aplikasi laboratorium dan lapangan.

Elektrolit yang terlarut akan memberikan ion yang menghasilkan listrik. Semakin tinggi konsentrasi ion, semakin tinggi konduktivitas. Sel pengukur sensor konduktivitas terdiri atas setidaknya dua kutub konduktif listrik dengan muatan berlawanan untuk mengukur tingkat konduksi sampel.

Konduktivitas didasarkan pada hukum Ohm, yang menjelaskan tegangan (V) yang diatur di seluruh larutan sebanding dengan arus yang mengalir (I) dan resistansi (R) adalah konstanta proporsional. R dapat dihitung dengan aliran arus yang diukur, jika tegangan yang diketahui diterapkan. Tingkat konduksi (G) didefinisikan sebagai kebalikan dari resistansi dan untuk mengukur tingkat konduksi sampel, diperlukan sel pengukur. Pembacaan tingkat konduksi tergantung pada geometri sel pengukur, yang digambarkan dengan konstanta sel (K). Ini adalah rasio jarak (l) dan area (A) kutub. Tingkat konduksi dapat diubah menjadi konduktivitas terstandardisasi dengan mengalikan tingkat konduksi dan konstanta sel.

Sebagian besar pelanggan mengukur konduktivitas di kisaran sempit, misalnya selalu pada minuman yang sama atau air tanpa ion. Dengan kalibrasi 1 titik, maka kisaran antara 0 µS/cm dan titik kalibrasi ini telah dikalibrasi. Sebaiknya pilih standar dengan konduktivitas lebih tinggi daripada nilai yang diharapkan dalam sampel, misalnya 1.413 µS/cm saat mengharapkan 1.200 µS/cm. Melakukan titik kalibrasi kedua dalam contoh ini tidak akan banyak mengubah hasil karena standar yang mendekati 500 µS/cm dan 12,88 mS/cm cukup jauh. Menurut Metode 2510B dalam Metode Standar untuk Pemeriksaan Air dan Air Limbah, serta ASTM D1125, kalibrasi satu-titik dari konstan sel pada perwakilan konduktivitas sudah cukup untuk hasil pengukuran konduktivitas yang akurat.

Kalibrasi konduktivitas multi-titik hanya berguna bila menggunakan sensor yang sama pada kisaran yang luas, misalnya dari 50 hingga 5.000 µS/cm. Dalam kasus ini, set standar yang sesuai adalah 84 µS/cm, 1.413 µS/cm, dan 12,88 mS/cm.

Sel konduktivitas klasik 2 kutub terdiri atas dua pelat. Beberapa pelat tersebut biasanya dikelilingi oleh tabung eksternal yang melindunginya dari kerusakan mekanis dan mengurangi kesalahan yang timbul karena efek medan. Kekuatan sel konduktivitas 2 kutub adalah mengukur konduktivitas rendah dengan akurasi tinggi. Kisaran pengukuran umum dimulai dari 0,001 μS/cm hingga 1.000 μS/cm. Aplikasi utama sel 2 kutub adalah pengukuran konduktivitas pada air murni, larutan cair yang bersifat sangat encer, dan larutan non-cair.

Desain sel 4 kutub terdiri atas kutub eksternal dan kutub internal. Kutub eksternal adalah kutub arus yang diterapkan AC. Kutub ini memiliki cara kerja yang sama seperti sensor 2 kutub. Kutub pengukur internal ditempatkan dalam medan listrik kutub arus dan mengukur tegangan dengan amplifier impedans tinggi. Karena itu, kutub internal (tempat pengukuran dilakukan) memiliki aliran arus yang sangat kecil, sehingga tidak terjadi efek polarisasi yang memengaruhi pengukuran. Kekuatan sel konduktivitas 4 kutub adalah mengukur konduktivitas di berbagai kisaran pengukuran mulai dari 10 μS/cm hingga 1.000 µS/cm. Aplikasi utama jenis sensor ini adalah pengukuran dalam air laut, air limbah, atau asam ataupun basa yang terlarut.

Memilih sensor konduktivitas laboratorium yang tepat adalah faktor penting untuk memperoleh hasil yang akurat dan andal. Sensor yang tepat adalah salah satu yang cocok untuk aplikasi.

a. Persyaratan dasarnya adalah tidak ada reaksi kimia yang terjadi antara sampel dan sensor. Untuk sampel yang reaktif secara kimiawi, kaca dan platinum sering kali menjadi pilihan yang cocok karena memiliki resistansi kimia terbaik di semua bahan sel yang umum digunakan. Untuk aplikasi lapangan dan banyak aplikasi laboratorium, stabilitas mekanis sensor menjadi faktor yang lebih penting. Sensor konduktivitas dengan badan epoksi dan elektrode grafit sering kali digunakan, karena telah terbukti tahan lama dan memiliki resistansi kimia yang baik. Untuk larutan cair reaktif rendah dan pelarut organik, penggunaan sel yang terbuat dari baja atau titanium sering kali menjadi alternatif yang baik. Pemilihan ini menjadi semakin penting untuk sampel non-cair, konduktivitas rendah, kaya protein, dan kental karena sensor pH rutin dapat menjadi sumber kesalahan.

b. Konstanta sel yang sesuai berkaitan dengan konduktivitas sampel. Semakin rendah konduktivitas sampel yang diperkirakan, semakin kecil konstanta sel sensor. Untuk memilih antara sel 2 kutub dan sel 4 kutub, aturan yang tidak terlalu umum ini dapat digunakan: Untuk pengukuran konduktivitas rendah, sel 2 kutub harus digunakan. Untuk pengukuran konduktivitas sedang hingga tinggi, sebaiknya gunakan sel 4 kutub, terutama untuk pengukuran di berbagai kisaran konduktivitas.
 

Ada beberapa cara untuk mengkompensasi suhu.

Konduktivitas dalam larutan berair sangat dipengaruhi oleh suhu (~2%/°C). Karena itu, mengaitkan setiap pengukuran dengan suhu referensi merupakan cara yang konvensional. Suhu referensi yang umum digunakan dalam pengukuran konduktivitas adalah sebesar 20 °C atau 25 °C.

Untuk memenuhi kebutuhan pengguna yang beragam, berbagai metode perbaikan suhu telah dikembangkan:

• Linear: untuk larutan konduktivitas sedang dan tinggi
• Non-linear: air alam seperti air tanah, air permukaan, air minum, dan air limbah
• Air bersih: air ultramurni, air tanpa ion, air suling
• Tidak ada: beberapa standar seperti USP <645> melarang setiap kompensasi suhu

Pengaruh suhu pada berbagai ion, dan bahkan dengan beragam konsentrasi pada ion yang sama, dapat menjadi tantangan. Karena itu, faktor kompensasi, yang disebut koefisien suhu (α), harus ditentukan untuk setiap jenis sampel. (Ini juga terjadi untuk kalibrasi standar. Semua pengukur METTLER TOLEDO dapat secara otomatis menghitung kompensasi ini dengan tabel suhu yang telah ditetapkan.)

Semua panduan pengguna dilengkapi dengan informasi yang diperlukan tentang penyimpanan jangka pendek dan jangka panjang untuk masing-masing sensor. Probe konduktivitas laboratorium secara umumnya harus disimpan dalam kondisi kering untuk penyimpanan jangka panjang.

Elektrode konduktivitas laboratorium tidak memiliki tanggal kedaluwarsa. Bila sensor digunakan dalam batas suhu tertentu serta sensor dan kabelnya tidak digunakan pada mesin dengan kerusakan mekanisme yang parah atau pada kondisi kimia berat, maka secara teoretis dapat digunakan selamanya. Namun demikian, perubahan konstanta sel dapat terjadi, karena endapan lemak dan zat pengendapan. Dalam sebagian besar kasus, pembilasan dengan etanol, alkohol isopropil, atau aseton dapat memulihkan sensor.

Sensor kisaran konduktivitas rendah seperti InLab 741, InLab 742, dan InLab Trace dilengkapi dengan konstanta sel terukur pada sertifikatnya. Konstan sel ini sudah tersertifikasi dan ditentukan setelah proses produksi langsung di pabrik dengan keterlacakan sesuai ASTM dan NIST. Dengan ketidakpastian maksimum ± 2%, sensor ini cukup akurat dan dapat digunakan untuk pengukuran konduktivitas dengan secara langsung memasukkan nilai konstanta sel dalam pengukur tanpa memerlukan kalibrasi. Konstan sel tersertifikasi ini dinyatakan pada sertifikat kualitas, dicetak pada kabel sensor, dan disimpan pada chip sensor ISM.

Karena sensor ini terutama dirancang untuk digunakan dalam media pengantar rendah, seperti air murni, air ultramurni, air suling, dan air tanpa ion, maka pengukuran sel sangat tidak mungkin akan terpengaruh oleh kontaminasi. Oleh karena itu, konstanta sel ini dapat dianggap sebagai konstanta sel yang stabil. Namun, verifikasi rutin yang akurat dengan konduktivitas standar (misalnya 10 µS/cm) penting dilakukan.

Semua sensor konduktivitas lainnya dari METTLER TOLEDO memiliki konstan sel nominal yang dicetak pada sertifikat. Sensor ini harus dikalibrasi sebelum digunakan dengan larutan standar kalibrasi yang sesuai.

Jika konstanta sel yang tepat belum diketahui, kalibrasi harus dilakukan. Saat konstanta sel yang tepat diketahui, maka verifikasi saja sudah cukup. Ini juga sama untuk sensor dengan konstanta sel tersertifikasi atau sensor yang sebelumnya sudah dikalibrasi.

Ya, bisa. Senyawa organik juga memiliki sifat disosiatif. Senyawa organik seperti produk benzena, alkohol, dan petroleum umumnya memiliki konduktivitas sangat rendah.

Sensor harus dibilas setiap kali setelah selesai pengukuran dengan air tanpa ion. Jika sensor telah terpapar sampel yang tidak dapat larut dengan air, sensor harus dibersihkan dengan larutan yang dapat larut dengan air (misalnya, etanol atau aseton), lalu secara hati-hati dibilas dengan air tanpa ion. Jika ada tumpukan benda padat dalam sel pengukuran, keluarkan secara hati-hati dengan kapas pentol yang direndam larutan detergen, lalu bilas sensor dengan air tanpa ion.

(Perhatian: sensor dengan kutub berplatina tidak boleh dibersihkan secara mekanis, karena dapat merusak sensor).