ラボ用導電率センサ

ラボ用導電率センサは、電解液の導電率を測定するためのツールであり、材料の電流伝導能力に基づいています。ラボやフィールドのアプリケーションで導電率を測定するために使用されます。

電解質が溶解して電気を伝え、イオンが生成されます。そのため、イオン濃度が高くなるほど導電率も高くなります。導電率センサの測定セルは、サンプルのコンダクタンスを測定するために、反対の電荷を持つ少なくとも2つの導電性の極で構成されています。

導電率はオームの法則に基づいており、溶液にかかる電圧（V）は流れる電流（I）に比例し、抵抗（R）は比例定数です。Rは、既知の電圧が印加されている場合、測定された電流を使用して計算できます。コンダクタンス（G）は抵抗の逆数として定義され、サンプルのコンダクタンスを測定するには測定セルが必要です。コンダクタンスの測定値は、セル定数（K）で表される測定セルの形状に依存します。これは、極の距離（l）と面積（A）の比です。コンダクタンスは、コンダクタンスとセル定数を掛けることで標準化された導電率に変換できます。

大半の導電率の測定は、同じ飲料や脱イオン水といった非常に限られた範囲で行われます。1点校正では、0 µS/cmからこの校正点の範囲で校正されます。1200 µS/cmが想定される場合に1413 µS/cmを使用するなど、サンプルで想定される値よりも高い導電率を持つ標準液を選択することをお勧めします。この例では2番目の校正点で実施しても測定値は大きく変わりません。その理由は、前後の標準液500 µS/cmと12.88 mS/cmが両方とも大きく離れているからです。「Method 2510B in Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater and ASTM D1125」に準じて、それぞれの導電率におけるセル定数の1点校正は正確な導電率測定値を得るために十分です。

複数ポイントでの導電率校正は、50～5000 µS/cmなどの幅広い範囲で同じセンサを使う場合のみに有効です。この場合、最適な一連の標準液は84 µS/cm、1413 µS/cm、12.88 mS/cmです。

従来の2極導電率セルは2枚のプレートで構成されています。通常、プレートは外管に囲まれているため、機械的損傷からプレートが保護され、電界効果による誤差が低減されます。2極導電率セルの強みは、低い導電率を非常に正確に測定できることです。一般的な測定範囲は0.001～1000 μS/cmです。2極セルの主な用途は、純水、高希釈水溶液、非水性溶液の導電率測定です。

4極セル設計は、外側の極と内側の極で構成されています。外側の極は、ACが印加される電流極です。これらは2極式センサと同じ方法で駆動します。内側の測定極は電流極の電場内に配置され、高インピーダンスの増幅器を使用して電圧を測定します。その結果、測定が行われる内側の極にはほとんど電流が流れません。したがって、測定に影響するような分極効果は起こりません。4極導電率セルの強みは、10 μS/cm～1000 mS/cmの広い測定範囲で導電率を測定できることです。このタイプのセンサの主な用途は、海水、廃水、または希釈された酸または塩基の測定です。

適切なラボ用導電率センサを選択することは、正確で信頼性の高い結果を得るために極めて重要です。適切なセンサは、アプリケーションのニーズに最も適したものです。

a. 基本的な要件は、サンプルとセンサの間で化学反応が発生しないことです。化学的に反応するサンプルには、一般的に使用されるすべてのセル材料の中で最高の耐薬品性を持つガラスとプラチナが最適です。フィールドアプリケーションや多くのラボアプリケーションでは、センサの機械的安定性がより重要な要素となります。多くの場合、エポキシ製の本体とグラファイト製の電極を備えた導電率センサが使用されます。これは、高い耐久性と優れた耐薬品性が証明されているためです。反応性の低い水溶液や有機溶媒では、多くの場合、適切な代替手段としてスチール製またはチタン製のセルが使用されます。非水溶性、低導電率、高いたんぱく質含有量、高粘度のサンプルなど、日常的に使用するpH電極ではエラーが発生する可能性があります。

b. 適切なセル定数は、サンプルの導電率と相関があります。サンプルで予想される導電率が低くなるほど、センサのセル定数を小さくしなければなりません。2極セルと4極セルのどちらを使用するかを決定するには、以下の簡単なルールを適用できます。低導電率測定には2極セルを使用する必要があります。中～高導電率測定、特に広い導電率範囲での測定には4極セルが適しています。
 

温度補正にはいくつかの方法があります。

水溶液の導電率は温度に大きく影響されます（最大2%/℃）。このため、すべての測定を基準温度にリンクすることが一般的です。導電率測定では、20 ℃または25 ℃が一般的に使用される基準温度です。

さまざまなケースに適するように、さまざまな温度補正メソッドが開発されています。

• 線形補正: 中～高導電率の標準液
• 非線形補正: 地下水、地表水、飲用水、廃水などの自然水に対応
• 純水: 超純水、脱イオン水、蒸留水
• 補正なし: USP<645>など一部の規制標準は温度補正をすべて禁じています

異なるイオンや、同じイオンでも濃度が異なる場合の温度の影響は、難しい問題となることがあります。このため、サンプルのタイプごとに温度係数（α）と呼ばれる補正係数を決める必要があります。（これは校正標準液の場合にも該当します。メトラー･トレドのすべてのメーターは、設定済み温度テーブルを使用してこの補正を自動処理できます。）

各センサの短期/長期的な保管に必要な情報については、それぞれのユーザマニュアルを参照してください。一般的に、ラボ用導電率センサを長期的に保管する場合は、乾燥した場所に保管する必要があります。

ラボ用導電率電極には有効期限がありません。指定された温度の限度内でセンサを使用し、極端な機械的応力や過酷な化学的状況のいずれもセンサやケーブルに及ばなければ、電極は理論的にいつまでも使用できます。それでも、脂肪性の物質の堆積や沈殿物によって、セル定数のシフトが起こる場合があります。多くの場合、エタノール、イソプロピルアルコール、またはアセトンですすぐとセンサを復元できます。

InLab 741、InLab 742、InLab Traceなどの低導電率範囲のセンサでは、証明書に測定済みセル定数が記載されています。これらは認証済みのセル定数であり、ASTMとNISTに従ってトレーサビリティを確保しながら、製造プロセスの後に工場で直接測定されます。最大の不確かさは± 2%で十分な正確度を備えており、メーターにセル定数値を直接入力することで導電率測定に使用できます。校正は不要です。認証済みセル定数は、センサケーブルに印刷されている品質証明に記載されており、ISMセンサチップにも格納されています。

これらのセンサは特に純水、超純水、希釈水、脱イオン水などの低導電率媒体で使用するために設計されているので、測定用セルが汚染の影響を受ける可能性は非常に低いものと考えられます。したがって、セル定数は安定していると見なすことができます。とはいえ、導電率標準液（10 µS/cmなど）による定期的な精度の検証は欠かせません。

メトラー･トレドの他の導電率センサには、いずれも証明書に公称セル定数が印字されています。これらのセンサは、使用する前に適切な校正標準液で校正する必要があります。

正確なセル定数が不明な場合は、校正を実行する必要があります。正確なセル定数がわかっている場合には、検証で十分です。これは、認証済みセル定数を持つセンサまたは以前に校正されているセンサの場合です。

はい、可能です。有機物には解離性もあります。ベンゼン、アルコール、石油製品などの有機化合物は、一般的に導電率が非常に低くなります。

測定のたびに脱イオン水ですすぎます。水と混和しないサンプルにセンサが触れた場合、エタノールやアセトンなど水と混和する溶剤で清掃した後、脱イオン水で慎重にすすぎます。測定セル内に固形物が付着している場合は、洗浄剤に浸した脱脂綿で慎重に剥がし、脱イオン水でセンサをすすぎます。

（注意: プラチナ極を持つセンサは機械的に清掃しないでください。極を損傷する恐れがあります）。