Sensori di conducibilità da laboratorio

La conducibilità si basa sulla legge di Ohm, in cui la tensione (V) impostata attraverso una soluzione è proporzionale alla corrente che scorre (I) e la resistenza (R) è una costante di proporzionalità. R può essere calcolato con il flusso di corrente misurato, se viene applicata una tensione nota. La conduttanza (G) è definita come l'inverso della resistenza e per misurare la conduttanza di un campione è necessaria la cella di misura. La lettura della conduttanza dipende dalla geometria della cella di misura, che viene descritta con la costante di cella (K). Questo è il rapporto tra la distanza (l) e l'area (A) dei poli. La conduttanza può essere trasformata nella conducibilità standardizzata moltiplicando la conduttanza e la costante di cella.

La maggior parte dei clienti misura la conducibilità in un intervallo piuttosto ristretto, ad esempio sempre la stessa bevanda o acqua deionizzata. Con una calibrazione a 1 punto, viene calibrato l'intervallo compreso tra 0 μS/cm e questo punto di calibrazione. Si consiglia di scegliere uno standard con una conducibilità superiore al valore atteso nel campione, ad esempio 1413 μS/cm, quando si prevede 1200 μS/cm. L'esecuzione di un secondo punto di taratura in questo esempio non cambierebbe notevolmente la lettura perché gli standard adiacenti 500 μS/cm e 12,88 mS/cm sono entrambi piuttosto distanti. Secondo il metodo 2510B nei metodi standard per l'esame dell'acqua e delle acque reflue e ASTM D1125, una taratura a un punto della costante di cella a una conducibilità rappresentativa è sufficiente per letture accurate della conducibilità.

La taratura della conducibilità multipunto è valida solo quando si utilizza lo stesso sensore in un ampio intervallo, ad esempio da 50 a 5000 μS/cm. In questo caso, un insieme adeguato di standard sarà 84 μS/cm, 1413 μS/cm e 12,88 mS/cm.

Le classiche celle di conducibilità a 2 poli sono costituite da due piastre. Normalmente, le piastre sono circondate da un tubo esterno che le protegge dai danni meccanici e riduce gli errori causati dagli effetti di campo. Il punto di forza della cella di conducibilità a 2 poli è la misurazione della bassa conducibilità con elevata precisione. Un intervallo di misura tipico va da 0,001 μS/cm a 1000 μS/cm. Le principali applicazioni di una cella a 2 poli sono la misura della conducibilità di acqua pura, soluzioni acquose altamente diluite e soluzioni non acquose.

Il design di una cella a 4 poli è costituito da un polo esterno e da un polo interno. I poli esterni sono i poli di corrente a cui viene applicata una corrente alternata. Vengono azionati allo stesso modo del sensore a 2 poli. I poli di misura interni sono posizionati all'interno del campo elettrico dei poli di corrente e misurano la tensione utilizzando un amplificatore ad alta impedenza. Quindi, pochissimo flusso di corrente nei poli interni dove viene effettuata la misurazione. In questo modo non si verificano effetti di polarizzazione che influenzano la misurazione. Il punto di forza di una cella di conducibilità a 4 poli è la misura della conducibilità su un ampio intervallo di misura da 10 μS/cm fino a 1000 mS/cm. Le principali applicazioni di questo tipo di sensore sono le misure in acqua di mare, acque reflue o acidi o basi diluiti.

La scelta del giusto sensore di conducibilità da laboratorio è fondamentale per ottenere risultati accurati e affidabili. Il sensore giusto è quello che si adatta meglio alle esigenze dell'applicazione.

un. Un requisito fondamentale è che non si verifichino reazioni chimiche tra il campione e il sensore. Per i campioni chimicamente reattivi, il vetro e il platino sono spesso le scelte migliori perché hanno la migliore resistenza chimica di tutti i materiali cellulari comunemente usati. Per le applicazioni sul campo e per molte applicazioni di laboratorio, la stabilità meccanica del sensore è un fattore più critico. Viene spesso utilizzato un sensore di conducibilità con corpo in resina epossidica ed elettrodi in grafite, poiché ha dimostrato di essere altamente durevole e ha una buona resistenza chimica. Per le soluzioni acquose a bassa reattività e i solventi organici, l'uso di celle in acciaio o titanio è spesso una buona alternativa. La scelta diventa particolarmente importante per i campioni non acquosi, a bassa conducibilità, ricchi di proteine e viscosi, dove i sensori di pH di routine sono possibili fonti di errore.

b. Una costante di cella adatta è correlata alla conducibilità del campione. Più bassa è la conduttività attesa del campione, minore dovrebbe essere la costante di cella del sensore. Per prendere una decisione tra una cella a 2 poli e una cella a 4 poli, è possibile utilizzare la seguente regola approssimativa: per misure a bassa conducibilità, è necessario utilizzare una cella a 2 poli. Per le misure di conducibilità medio-alta, è preferibile una cella a 4 poli, soprattutto per le misure in un ampio intervallo di conducibilità.
 

Esistono diversi modi per compensare la temperatura.

La conducibilità in una soluzione acquosa è fortemente influenzata dalla temperatura (~2 %/°C). Ecco perché è convenzionale collegare ogni misurazione a una temperatura di riferimento. 20 °C o 25 °C sono le temperature di riferimento comunemente utilizzate per la misura della conducibilità.

Sono stati sviluppati diversi metodi di correzione della temperatura per adattarsi ai diversi utenti:

• Lineare: per soluzioni medie e altamente conduttive
• Non lineari: acque naturali come acque sotterranee, acque superficiali, acque potabili e acque reflue
• Acqua pura: acqua ultrapura, acqua deionizzata, acqua distillata
• Nessuno: alcuni standard come USP <645> vietano qualsiasi compensazione della temperatura

L'impatto della temperatura su ioni diversi e anche le concentrazioni variabili dello stesso ione possono essere impegnative. Pertanto, per ogni tipo di campione deve essere determinato un fattore di compensazione, chiamato coefficiente di temperatura (α). (Questo vale anche per gli standard di calibrazione. Tutti i misuratori METTLER TOLEDO sono in grado di tenere conto automaticamente di questa compensazione utilizzando tabelle di temperatura preimpostate.)

Tutti i manuali utente forniscono le informazioni necessarie sulla conservazione a breve e lungo termine del rispettivo sensore. In generale, le sonde di conducibilità da laboratorio devono essere conservate all'asciutto per la conservazione a lungo termine.

Gli elettrodi di conducibilità da laboratorio non hanno data di scadenza. Quando il sensore viene utilizzato entro i limiti di temperatura specificati e non vengono applicate né una forza meccanica severa né condizioni chimiche difficili al sensore e al suo cavo, può teoricamente essere utilizzato per sempre. Tuttavia, possono verificarsi spostamenti della costante cellulare a causa di depositi di sostanze grasse e precipitati. Nella maggior parte dei casi, il risciacquo con etanolo, alcol isopropilico o acetone può ripristinare il sensore.

I sensori a bassa conducibilità come InLab 741, InLab 742 e InLab Trace sono dotati di una costante di cella misurata sul certificato. Si tratta di costanti di cella certificate e vengono determinate dopo il processo di produzione direttamente presso l'impianto con tracciabilità secondo ASTM e NIST. Con un'incertezza massima del ± del 2%, sono sufficientemente precisi e possono essere utilizzati per la misura della conducibilità inserendo direttamente il valore della costante di cella nel misuratore, senza la necessità di una calibrazione. La costante di cella certificata è indicata sul certificato di qualità, stampata sul cavo del sensore e memorizzata sul chip del sensore ISM.

Poiché questi sensori sono progettati in particolare per l'uso in fluidi a bassa conduttività, come acqua pura, acqua ultrapura, acqua distillata e acqua deionizzata, è molto improbabile che la cella di misura sia interessata dalla contaminazione. Quindi, la costante di cella può essere considerata stabile. Tuttavia, la verifica regolare della precisione con uno standard di conducibilità (ad esempio, 10 μS/cm) è fondamentale.

Tutti gli altri sensori di conducibilità di METTLER TOLEDO sono stampati sui certificati con costanti di cella nominali. Questi sensori devono essere calibrati prima dell'uso con le soluzioni standard di calibrazione appropriate.

Se l'esatta costante di cella non è nota, è necessario eseguire la calibrazione. Quando l'esatta costante di cella è nota, la verifica è sufficiente. È il caso dei sensori con una costante di cella certificata o dei sensori che sono stati precedentemente calibrati.

Sì, è possibile. Le sostanze organiche hanno anche proprietà dissociative. I composti organici come il benzene, gli alcoli e i prodotti petroliferi hanno generalmente una conduttività molto bassa.

Il sensore deve essere risciacquato dopo ogni misurazione con acqua deionizzata. Se il sensore è stato esposto a un campione immiscibile con acqua, deve essere pulito con un solvente miscibile con acqua, ad esempio etanolo o acetone, e successivamente risciacquato accuratamente con acqua deionizzata. Se all'interno della cella di misura è presente un accumulo di solidi, rimuoverlo con cautela con un batuffolo di cotone imbevuto di soluzione detergente, quindi sciacquare il sensore con acqua deionizzata.

(Attenzione: i sensori con poli platinati non devono mai essere puliti meccanicamente, poiché ciò potrebbe danneggiare i sensori).