кондуктометрическая вода что это

Электропроводность воды

В отдельных отраслях применяются исключительно жесткие требования к качеству водоподготовки. В частности, в микроэлектронике и фармацевтике одним из важнейших показателей является электропроводность воды. Способность специально подготовленной жидкости проводить ток и величина удельного сопротивления сказывается на эффективности некоторых технологических процессов.

Что такое электропроводность воды

Самая распространенная жидкость на Земле обладает способностью проводить постоянный или переменный ток.

Нормы электропроводимости природной воды

В Российской федерации требования к параметрам качества водоподготовки регламентируются государственными стандартами и другими документами. Удельные показатели электрической проводимости воды различного назначения устанавливаются следующими нормативно-правовыми актами в зависимости от степени чистоты:

Жесткие технологические нормы электропроводности для воды установлены на предприятиях, выпускающих компоненты для микроэлектроники. Качество жидкости используемых в производственных процессах контролируется специализированными лабораториями и использованием сложных приборов по утвержденным методикам.

Показатели электропроводности: основные факторы

В природных водоемах содержится множество растворимых примесей неорганического происхождения. Они и определяют основные физические свойства вода, и в том числе электропроводность. Величина последней находится в прямой зависимости от ряда факторов:

При повышении температуры электропроводность воды существенной возрастает по причине роста скорости ионов, снижения их сольватированности и уменьшения показателей вязкости. При этом рост проводимости, связанный с увеличением концентрации катионов и анионов, наблюдается только до определенного предела. Достигнув максимума, она начинается уменьшаться, что обусловлено усилением взаимодействия заряженных частиц между собой и снижением степени диссоциации.

Определение показателей электропроводности воды

Уровень сопротивления жидкости электрическому току измеряется при помощи специальных приборов. Для количественного определения уровня электропроводности воды используются единицы измерения, установленные международной системой СИ. Применение унифицированных методов и стандартов в этой сфере упрощает лабораторные исследования и понимание получаемых результатов.

Единицы измерения

Для удобства в качестве единицы электропроводности воды используют производную, которая составляет одну десятитысячную от основной и записывается как мкСм/см.

Удельное сопротивление жидкости определяется в значительной мере уровнем минерализации. В США для измерения проводимости воды вместо мкСм/см используют величину TDS, указывающую на содержание растворимых солей. Этот показатель рассчитывается в частях на миллион и записывается как ppm. Для перевода этой единицы в международную используется корректирующий коэффициент.

Методы измерений и используемые приборы

В нашей стране удельная проводимость и водородный показатель жидкости определяются электрометрическим способом. Для того чтобы точно рассчитать электропроводность воды специалисты пользуются методикой, установленной РД 52.24.495-2005. Действие этого документа распространятся на поверхностные источники водоснабжения и стоки.

Для измерения электропроводности воды применяется откалиброванный кондуктометр с электродами из нержавеющей стали. Для калибровки прибора используется стандартный раствор с показателем не менее 1500 мкСм/см, при этом отклонение от номинала не должно превышать 2%.

В ходе измерений удельной электропроводности воды фиксируется ее температура, а искомая величина определяется при помощи специальных таблиц. В случае если используются приборы с температурной компенсацией, то на экране сразу же появляется истинное значение, что существенно упрощает процесс.

Снижение электропроводимости воды: профессиональные методы

Современные системы водоподготовки обеспечивают требуемые показатели качества. Для того чтобы уменьшить электропроводность воды в таких установках используются следующие методы очистки:

Перечисленные технологии различаются по уровню эффективности и технико-экономическим параметрам. Выбор того или иного метода осуществляется с учетом показателей проводимости воды, необходимых заказчику. Рассмотрим подробнее возможности и особенности каждого из представленных способов.

Обратный осмос

Суть метода состоит в использовании полупроницаемых мембран для получения пермеата высокой очистки. В процессе обратного осмоса проводимость воды существенно уменьшается по причине ее глубокой деминерализации. Современные промышленные установки обратного осмоса отделяют до 99,9% всех примесей, в том числе и солей жесткости. Такие системы отличаются производительностью до 1000 л/ч.

Показатели электропроводности осмотической воды в зависимости от модели используемой установки колеблется в пределах от 0,1 до 5 мкСм/см. Пермеат без дополнительной обработки относиться к первой степени очистки, и может использоваться в медицине, фармацевтике и других высокотехнологичных отраслях промышленного производства. Обратноосмотические установки в настоящее время являются основными источниками очищенной воды.

Электродеионизация

В настоящее время разрабатываются и внедряются технологии глубокой очистки жидкостей от солей. Необходимые физические свойства воды, в том числе электропроводность на уровне 0,055 мкСм/см, обеспечивает метод электродеионизации. Водоподготовка с его использованием проводится в три этапа:

Очищенная и деионизированная вода обладает крайне низкой проводимостью, что позволяет ее использовать в качестве растворителей для лекарственных препаратов. Промышленные установки электродеионизации имеют высокую производительность и могут использоваться на предприятиях теплоэнергетики.

Ионный обмен

Иониты производятся на основе сетчатых полимеров, которые имеют микропористую или сетчатую структуру. Материал имеет ковалентную связь с ионогенными группами, которые в процессе диссоциации образуют пару из свободного и фиксированного иона с противоположным зарядом. Последний закреплен на полимере.

В результате ионообменного процесса заметно снижается электропроводность воды и уровень ее минерализации. Заряженные частицы из жидкости диффундируют вначале к поверхности, а затем и внутрь сорбента. Со временем способность засыпки поглощать ионы из жидкости снижается и для ее восстановления проводится регенерация с использованием рабочих растворов.

Удельная электрическая проводимость в воде

Компания Diasel Engineering предлагает эффективные технические решения по уменьшению удельной электрической проводимости воды. Предприятие осуществляет поставки оборудования систем обратного осмоса, электродеионизации и ионного обмена. Наши специалисты выполняют монтаж установок водоподготовки, необходимые пусконаладочные работы и обеспечивают их техническое обслуживание.

Источник

Кондуктометрическая вода что это

мкСм/см, (2)

— предельная эквивалентная электрическая проводимость при 25 °С (табл.1), Ом ·см /(г-экв);

По характеру изменения электрической проводимости водных растворов вещества можно разделить на три основные группы:

1.1.3. Слабые кислоты, основания и их соли. Вследствие существенного изменения степени диссоциации этой группы веществ УЭП таких растворов изменяется нелинейно. При значительном разбавлении (в чистых водах) слабые кислоты и основания, такие как углекислота и аммиак, полностью диссоциированы и электрическая проводимость их растворов близка к УЭП сильных кислот и оснований. По мере увеличения концентрации степень диссоциации этих веществ быстро снижается, соответственно уменьшается приращение их электрической проводимости.

Содержащиеся в воде недиссоциированные соединения, коллоидные и взвешенные вещества практически не оказывают заметного влияния на УЭП водных растворов. Концентрацию таких примесей нельзя измерить кондуктометрическим методом. К этой группе веществ относятся кремнекислота и многие органические соединения.

Подобно жесткости, щелочности, рН удельная электрическая проводимость является групповым показателем и характеризует содержание в воде ионов всех растворенных веществ. Непосредственно измерить концентрацию вещества по УЭП его раствора можно только в его монорастворах. Для определения методом кондуктометрии концентрации в многокомпонентном растворе какой-либо одной группы соединений используются специальные приемы подготовки пробы или специализированные системы измерения, рассматриваемые в разд.2.

1.2. Влияние температуры на электрическую проводимость растворов

При увеличении температуры раствора возрастает подвижность ионов и снижается вязкость растворителя, что приводит к повышению УЭП раствора. Зависимость УЭП от температуры имеет вид

, (3)

Источник

Кондуктометр для воды и жидкостей: устройство, принцип работы

Кондуктометр для воды – прибор для измерения ее электропроводности, то есть способности проводить ток.

Устройство кондуктометра несложное. Это объединенные в одну электрическую цепь чувствительный датчик и измерительный преобразователь. Конструкция прибора бывает как моноблочной, так и раздельной.

Виды кондуктометров

В зависимости от метода измерения кондуктометры бывают:

Отличаются эти типы наличием или отсутствием гальванического контакта электродов ячейки с исследуемой средой.

Для определения электропроводности воды чаще используют контактные кондуктометры. Это объясняется высокой чувствительностью устройств: их можно применять даже для анализа дистиллированной воды.

По наличию термокомпенсации кондуктометры делятся на 3 группы:

Колебания температуры влияют на показатели электропроводности, поэтому для более точных результатов рекомендуется выбирать 2 последних типа.

Принцип действия кондуктометров

Принцип работы кондуктометра рассмотрим на примере контактных приборов.

В исследуемый раствор погружают два электрода, после чего на них подается переменное напряжение. Затем измеряют силу возникшего электрического тока, а показатели выводят на экран устройства.

На точность измерения может повлиять температура, поэтому рекомендуется пользоваться устройством с температурной компенсацией. Альтернативой может стать калибровка кондуктометра при той же температуре, что и анализируемая жидкая среда.

Для измерения электропроводности жидкостей применяют два метода:

Для анализа жидкой среды подходит второй способ. Когда проводимость определяют по четырехэлектродной схеме, устраняется вредное влияние поляризации электродов на процесс измерения.

Моноблочная конструкция

2-х электродная схема

4-х электродная схема

Электропроводность определяется по формуле:

σ = k / R или σ = (k * i) / Uвых,

Применение кодуктометров

Кондуктометры для воды и растворов широко применяются в следующих технических процессах и отраслях:

Кондуктометры определяют степень чистоты воды и измеряют концентрацию растворов солей, кислот и щелочей. С помощью этих устройств оценивают пригодность жидких сред для разного назначения. Поэтому кондуктометры – необходимые приборы для предприятий, где нужен жесткий контроль качества воды.

Хотите сохранить эту статью? Скачайте её в формате PDF

Остались вопросы? Обсудите эту статью на нашей странице В Контакте

Хочешь читать статьи первым, подписывайся на наш канал в Яндекс.Дзен

Рекомендуем прочитать также:

Как измерить концентрацию раствора в режиме онлайн?

Источник

Кондуктометры — удобные и точные приборы для определения чистоты воды и не только

Кондуктометр — современный измерительный прибор, позволяющий измерять удельную электропроводность среды. В качестве исследуемой среды могут выступать растворы солей, кислоты и щелочи, коллоидные растворы, расплавы, твердые вещества: тесто, почва, шлаки, стекло. Кондуктометр выводит результаты на экран в цифровом виде.

Для каких целей используется кондуктометр

Чаще всего кондуктометры используют для следующих исследований:
— оценка степени чистоты воды;
— определение концентрации раствора;
— оценка степени засоленности почвы;
— кондуктометрическое титрование;
— определение критической концентрации мицеллообразования.

Оценка степени чистоты воды часто требуется в лабораторной практике, на предприятиях водоканалов и станциях контроля качества, на пищевых, косметических и фармацевтических производствах, в медицине, физике, биологии. Так как совершенно чистая вода без примесей ток не проводит, то электрическая проводимость воды напрямую зависит от количества примесей.

Для определения концентрации раствора или вещества (кислоты, щелочи, эмульсии…) выпускают специально отградуированные кондуктометрические приборы. С их помощью на предприятиях определяют качество вина или минеральной воды, различных напитков, морской или речной воды, органических растворителей, нефтепродуктов, электролитов, физиологических жидкостей.

Очень полезны кондуктометры в сельском хозяйстве. С их помощью специалисты могут определить степень засоленности почв по величине электропроводности водных вытяжек отобранных образцов.

Кондуктометрическое титрование подобно обычному титрованию с помощью индикаторных растворов, когда к исследуемому веществу добавляется определенное количество известного реактива. В отличие от индикаторного титрования, когда исследователь должен на глаз определить момент изменения окраски, кондуктометрическое титрование поддается точному количественному определению.

Еще одним преимуществом титрования с помощью кондуктометра является возможность автоматизации процесса и возможность встраивания прибора в технологический процесс для оперативного контроля продукции.

Определение критической концентрации мицеллообразования востребовано в проверке качества поверхностно-активных веществ.

Кондуктометры можно разделить на

— портативные,
— карманные,
— стационарные.

Эти приборы отличаются не только своими размерами. Большие стационарные устройства позволяют проводить гораздо более точные измерения, а также, более широкий спектр исследований. Они могут на основе измеренных параметров пересчитывать и выводить на экран показания в виде концентрации, могут работать с разными типами сред: с растворами солей, кислот, щелочей. Некоторые стационарные кондуктометры определяют содержание солей, жесткость воды, температуру.

Также кондуктометры бывают:

— без компенсации температуры;
— с температурной компенсацией в пределах 2% на градус;
— с выбором термического коэффициента.

Так как удельная электропроводность зависит от температуры среды, то кондуктометры с возможностью температурной компенсации являются более точными.

Преимущества кондуктометров

— Высокая чувствительность — способны определять концентрацию до 10-5 М.
— Высокая точность измерений, погрешность не превышает 2%.
— Высокая скорость измерений.
— Простая эксплуатация.
— Большой выбор приборов разного назначения, точности, размеров, стоимости.
— Широкий спектр исследуемых материалов, возможность работы с мутными и окрашенными растворами.
— Возможность автоматизации процесса анализа, встраивания в производственный процесс.

Кондуктометры применяются в аналитической химии, в энергетике, в нефтеперерабатывающей промышленности, в металлургии, в газовой и химической отраслях, в пищепроме, на косметических и фармацевтических предприятиях, в сельском хозяйстве и почвоведении.

В нашем магазине измерительных приборов и товаров для химиков есть замечательный кондуктометр Hanna 98308, компактный и надежный. Купить кондуктометр, цена которого невысока, а также лабораторную технику и другие товары вы можете с доставкой по Москве и области.

Источник

Электрохимические методы анализа. Кондуктометрия

» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

7.1. Принципы и классификация электрохимических методов анализа

Электрохимические методы анализа основаны на использовании процессов, протекающих на поверхности электрода или в приэлектродном пространстве. Аналитическим сигналом в электрохимических методах анализа может служить любой электрический параметр, связанный с составом раствора и концентрацией вещества в нем потенциал (Е), сила тока (I), сопротивление (R), электрическая проводимость (W), количество электричества (Q). Названия конкретных методов чаще всего связаны с измеряемыми электрическими параметрами потенциометрия, амперометрия, кондуктометрия и др. (табл. 7.1).

Таблица 7.1 Классификация электрохимических методов по измеряемому параметру

Приборы электрохимических методов анализа, несмотря на все их многообразие, содержат одни и те же основные узлы:

Электрохимическая ячейка — это сосуд с раствором электролита, в который погружены два или три электрода. Существуют следующие типы электрохимических ячеек:

7.2. Кондуктометрия

Кондуктометрия является старейшим, самым простым и наименее селективным из всех электрохимических методов анализа. Метод возник в 1885 г., когда Кольрауш выяснил зависимость электропроводности от концентрации. В 1923 г. метод вошел в практику аналитических лабораторий (Кольтгоф), а в 60-е гг. ХХ в. появились первые кондуктометрические детекторы в жидкостной хроматографии. Кондуктометрический метод анализа основан на измерении электропроводности раствора:

W = I / R, где W — электропроводность раствора; R — сопротивление раствора. Аналитическим сигналом могут служить либо электропроводность раствора, либо его сопротивление. Сигнал возникает за счет диссоциации молекул на ионы; миграции ионов под действием внешнего источника напряжения. По этой причине данным методом можно анализировать только растворы электролитов.

Кондуктометрическая ячейка — это стеклянный сосуд с двумя идентичными электродами, выполняющими одинаковые функции, между которыми находится раствор электролита. Геометрическая форма сосуда влияет на измеряемую величину. Важнейшая характеристика такой ячейки — ее константа θ. Электроды изготавливают из платины, платинированной платины, нержавеющей стали. Они должны быть одинаковыми, инертными, параллельно расположенными, жестко закрепленными, с одинаковой площадью поверхности. Метод кондуктометрии подразделяют на прямую кондуктометрию и кондуктометрическое титрование.

Прямая кондуктометрия. Концентрацию вещества в этом методе определяют по результатам измерения электрической проводимости (или сопротивления). При этом используют два приема нахождения неизвестной концентрации

Метод градуировочного графика. График строят в координатах удельная электропроводность — концентрация (χ – С). Он линеен в небольшом диапазоне концентраций.

Расчетный метод. Метод используют для очень разбавленных растворов. Прямая кондуктометрия используется в качестве метода аналитического контроля растворов электролитов. Поскольку в величину аналитического сигнала вносят вклад все ионы, присутствующие в растворе, то применение метода ограничено из-за малой селективности.

Наиболее эффективно использование метода:

Преимуществами метода прямой кондуктометрии являются

Недостатком метода является малая селективность. При проведении прямых кондуктометрических измерений необходимо предварительно определить константу ячейки θ, поскольку удельная электрическая проводимость (χ) не равна электрической проводимости (W), а лишь пропорциональна ей χ = θ W = θ R, вследствие того, что электричество проводят не только ионы, заключенные в объеме между электродами (площадью 1 см 2 и расстоянием между ними 1 см). Чтобы найти константу ячейки, измеряют сопротивление (R) стандартных растворов электролитов (КС1 или NaC1) с известной удельной электрической проводимостью при нескольких концентрациях. Затем, используя справочные данные, рассчитывают θ.

Кондуктометрическое титрование. Сущность метода заключается в том, что измеряют удельную электропроводность χ раствора в ходе титрования и строят кривую титрования, которая является линейной (рис. 7.1). По оси абсцисс откладывают объем (V) раствора, используемого в ходе титрования. По излому кривой определяют объем титранта в точке эквивалентности (т.э.) и проводят расчет результатов анализа по закону эквивалентов. В кондуктометрическом титровании используют реакции в водных и неводных растворах. В ходе титрования электропроводность будет заметно меняться, если вводить или удалять ионы с высокой подвижностью.

Рис. 7.1. График кондуктометрического титрования раствора вещества

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) используют реже. Для протекания ОВР надо создавать определенные условия, например добавлять сильную кислоту, вспомогательные растворы. В результате в растворе оказывается много посторонних ионов (подвижных ионов Н+). На фоне значительного сигнала от посторонних ионов трудно зафиксировать небольшие изменения аналитического сигнала в ходе титрования. Многие ОВР протекают медленно, а ускорить их путем нагревания не представляется возможным, так как температура влияет на величину электропроводности. Ионы, образованные одним элементом, но в разных степенях окисления, трудно различить методом кондуктометрического титрования.

Часто излом на кривых кондуктометрического титрования получается нечетким, закругленным (см. рис. 7.1). В этом случае для нахождения объема титранта в т.э. приходится делать графические построения (продлевать линейные участки кривой и находить точку их пересечения).

На четкость излома влияют следующие факторы:

Кондуктометрическое титрование является удобным методом анализа, если продуктом реакции является слабый электролит (кислотно-основное взаимодействие, комплексообразование) или малорастворимое соединение (реакция осаждения). Слабая одноосновная уксусная кислота СН3СООН находится в кондуктометрической ячейке и титруется раствором NaOH из бюретки:

7.3. Потенциометрия

Метод возник в 1893 г., когда немецкий химик Р. Беренд впервые провел потенциометрическое титрование. Метод анализа основан на зависимости равновесного электродного потенциала (Е) от активности (a) или концентрации (с) вещества в растворе. Для измерений необходимо составить гальванический элемент из подходящего индикаторного электрода и электрода сравнения, а также прибор для измерения потенциала индикаторного электрода. Индикаторный электрод — это электрод, потенциал которого зависит от активности или концентрации определяемых ионов.

Требования к индикаторным электродам:

Электрод сравнения — это электрод, относительно которого измеряют потенциал индикаторного электрода (он нужен для измерения ЭДС гальванического элемента). Требования к электродам сравнения:

1) потенциал электрода должен оставаться постоянным и не зависеть от состава анализируемого раствора;

2) электрод должен иметь низкое сопротивление.

Остальные требования к электроду сравнения такие же, как к индикаторному электроду. С помощью стандартного водородного электрода (рис. 7.2) можно определить потенциал другой системы. В каждом конкретном случае проведения анализа с использованием метода потенциометрии химик-аналитик должен обоснованно выбрать электродную систему. Индикаторный электрод выбирается в соответствии с требованиями к нему и в зависимости от типа химической реакции и природы определяемых ионов.

Рис. 7.2. Водородный электрод сравнения раствор — 1н серная кислота; электрод — платинированная платина

Электрод сравнения выбирается в соответствии с требованиями к нему. В аналитической химии чаще всего в такой роли используют хлорсеребряный электрод Ag, AgCl KCl (3М). Для проведения анализа измеряют ЭДС гальванического элемента и по зависимости Е = f (a) находят активность иона графическим или расчетным способом (метод градуировочного графика; метод добавок). Точность метода составляет 2–10 %. В аналитической химии метод применяют для определения рН, содержания катионов и анионов с использованием ионоселективных электродов (ионометрия).

Ионоселективные электроды (ИСЭ) — это датчики, позволяющие избирательно определять активность одних ионов в присутствии других (рис. 7.3). Одним из ионоселективных электродов, широко используемых в аналитической практике, является стеклянный электрод, который изготавливается из специальных сортов стекол, способных к обмену ионов.

Рис. 7.3. Устройство ИСЭ 1 — полупроницаемая мембрана (одни ионы из раствора проходят через нее, другие — нет); 2 — корпус; 3 — раствор постоянной концентрации определяемого иона; 4 — внутренний электрод сравнения; 5 — экранированный провод; 6 — анализируемый электролит

Ионометрия — это перспективный и быстроразвивающийся раздел потенциометрии, основанный на ионоселективных электродах. Главная часть ионоселективного электрода — мембрана 1 (см. рис. 7.3), проницаемая для одного вида ионов. Мембрана разделяет внутренний раствор 3 с известной концентрацией ионов и внешний, исследуемый раствор 6 с неизвестной концентрацией. В каждом из растворов находится металлический электрод. Исследуемые ионы проходят через мембрану в сторону меньшей концентрации, накапливаются, устанавливается динамическое равновесие и на поверхности мембраны возникает мембранный потенциал, противодействующий дальнейшему движению ионов. Измеряемая разность потенциалов между металлическими электродами описывается уравнением Нернста и позволяет рассчитать активность (концентрацию) ионов в широком интервале (до 5 порядков). Даже тысячекратный избыток посторонних ионов не влияет на работу электродов.

Источник