هدایت سنجی

جزئیات روش هدایت سنجی

نحوه اندازه گیری هدایت الکتریکی یک محلول با دستگاه هدایت سنج به این صورت است که، بین دو الکترود یکسان پلاتینی که با لایه نازکی از پلاتین پوشش داده شده اند، ولتاژ حدود 6 ولت اعمال می شود. دستگاه هدایت سنجی در واقع یک پل وتستون اصلاح شده می باشد. الکتریسیته در یک محلول، توسط یون ها هدایت می شود. درنتیجه طبق رابطه زیر، مقاومت محلول الکتریکی که غلظت ثابتی دارد را می توان به دست آورد.

دستگاه هدایت سنجی

این مقاومت در درجه حرارت ثابت در نظر گرفته می شود و به طور مستقیم با فاصله بین دو الکترود (L) و به صورت معکوس با سطح مقطع الکترودها (A) رابطه دارد.

R=ρ(L/A)

ρ نیز مقاومت مخصوص می باشد و به عنوان ضریب تناسب، مقدار ثابتی دارد. اگر معادله بالا را در رابطه هدایت قرار دهیم، عبارت زیر به دست می آید:

G=(1/ρ)(A/L)=K(A/L)

K در رابطه بالا، هدایت مخصوص نامیده می شود و همانطور که واضح است، عکس مقاومت مخصوص است. طبق رابطه بالا، زمانی که A=L باشد، هدایت مخصوص با هدایت مساوی می شود.

هدایت و مقاومت الکتریکی تابع دما و غلظت الکترولیت هستند. به این منظور که، در اکثر الکترولیت ها، با هر یک درجه افزایش درجه حرارت، هدایت الکتریکی حدود 1 تا 2 درصد افزایش می یابد. از طرفی، با افزایش غلظت محلول الکترولیت، مقاومت الکتریکی محلول کاهش و هدایت آن افزایش می یابد. در مورد محلول های بسیار رقیق، هدایت الکتریکی به طور مستقیم با غلظت آن ها متناسب است. در تجزیه کمی محلول های الکترولیت، از این ارتباط در روش های هدایت سنجی استفاده می شود.

دستگاه هدایت سنج

هدایت الکتریکی مولی یک محلول به صورت هدایت مخصوص محلولی تعریف می شود که دارای یک مول الکترولیت در هر سانتی متر مکعب از آن محلول است. هدایت مولی یک محلول (Ʌ_m) طبق رابطه زیر محاسبه می شود:

Ʌ_m=1000K/c

برای این که بتوان رابطه بالا را در فرمول هدایت قرار داد، باید مقدار A و L مشخص باشد. اندازه گیری این دو مشکل است اما نسبت L/A را می توان برای محلولی با مقادیر Ʌ_m و c معلوم، به دست آورد. اگر نسبت L/A را به عنوان یک ثابت با نام ثابت سلول در نظر گرفته و با ϴ نشان دهیم، معادله زیر به دست می آید:

G=K/ϴ

G=(Ʌ_mc)/1000ϴ

ثابت سلول یک محلول را معمولا می توان با اندازه گیری هدایت محلولی که غلظت و هدایت مخصوص آن معلوم است، تعیین کرد. با این کار، هدایت الکتریکی اندازه گیری شده را در رابطه بالا قرار داده و مقدار ϴ به دست می آید. برای اندازه گیری هدایت الکتریکی در این مواقع، از الکترولیت پتاسیم کلرید استفاده می شود.

دستگاه هدایت سنج

همان طور که پیش از این ذکر شد، دستگاه هدایت سنجی به منظور اندازه گیری هدایت الکتریکی محلول استفاده می شود. این دستگاه با نام های کنداکتومتر یا ECسنج نیز شناخته می شود که بسته به کاربرد هدایت سنجی دارای چند نوع سلول اندازه گیری هدایت الکتریکی است که به الکترودهای هدایت سنجی نیز معروف هستند. رایج ترین الکترودهای دستگاه هدايت سنجي ، سلولی است که دارای دو تیغه پلاتینی با مساحت حدودی 2 سانتی متر مربع بوده که به صورت عمودی قرار می گیرد.

دستگاه هدایت سنج پرتابل

نحوه قرار گرفتن این سلول به صورتی است که، هیچ جامدی روی سطح آن جمع نمی شود. تیغه های پلاتینی دستگاه هدایت سنجی به یک سیم ضخیم پلاتینی جوش داده می شوند و داخل یک محافظ عایق که معمولا از جنس پیرکس است، محکم قرار می گیرند، به طوری که در صورت هم زدن محلول، الکترودها جابه جا نشده و یا تکان نخورند. در شکل زیر سه نوع سلول دستگاه هدایت سنجی یا الکترود هدایت سنجی نشان داده شده است.

در واقع دستگاه هدایت سنج ، مقاومت محلول را سنجش می کند. این دستگاه دارای مداری شامل یک پل وتسون است که محلول در یکی از شاخه های این پل قرار می گیرد تا مقاومت الکتریکی آن سنجیده شود. پل وتستون مداری الکترونیکی است که نماد یک گالوانومتر را دارد و از این مدار برای مقاومت های مجهول محلول ها استفاده می شود و روشی حساس و دقیق است. مدار پل وتستون از چهار مقاومت به شکل لوزی تشکیل شده که به منبع تغذیه وصل شده اند. مقاومت الکتریکی اندازه گیری شده تبدیل به هدایت الکتریکی شده و در خروجی دستگاه هدایت سنج به شکل علامت هدایت الکتریکی نمایش داده می شود.

تصویر مدار پل وتستون

قیمت دستگاه هدایت سنج

قیمت دستگاه هدايت سنج به فاکتورهای مختلفی می تواند وابسته باشد. برای مثال، پرتابل بودن یا نبودن دستگاه باعث می شود قیمت دستگاه هدایت سنج متفاوت باشد. هم چنین هر چه تجهیزات دستگاه به روزتر بوده و آپشن های آن بتواند طیف گسترده تری از کاربردها را پوشش دهد، قیمت دستگاه هدایت سنج بیشتر خواهد شد. برای مثال نوع آزمایشگاهی این دستگاه که برای تست ویژگی های آب در آزمایشگاه ها استفاده می شود، باید دقیق بوده و تا جای ممکن خطایی نداشته باشد، به همین دلیل در این گونه موارد، قیمت دستگاه هدایت سنج افزایش می یابد.

دستگاه هدایت سنج

برای بررسی قیمت دستگاه هدایت سنج به انواع این دستگاه نیز می توان اشاره کرد، دستگاه های هدایت سنجی در دو دسته تماسی و بدون الکترود قرار می گیرند. در نوع تماسی، از الکترود استفاده می شود که معمولا پلاتینی است اما از الکترودهای فولاد ضدزنگ، آلیاژ تیتانیوم-پالادیوم و گرافیت نیز استفاده می شود. به همین دلیل جنس الکترود به کار رفته در دستگاه نیز می تواند روی قیمت دستگاه هدایت سنج تاثیر بگذارد. دستگاه هدایت سنجی بدون الکترود نیز با القای جریان متناوب در یک حلقه بسته و اندازه گیری آن به منظور تعیین هدایت الکتریکی کار می کند. قیمت دستگاه هدایت سنج در این دو نوع با هم متفاوت است و بسته به تجهیزات و قطعات به کار رفته در آن بستگی دارد.

کاربردهای هدایت سنجی

بیشترین کاربرد هدایت سنجی در تعیین هدایت الکتریکی محلول ها به خصوص آب است که نشاندهنده مقدار نمک های موجود در آن محلول است. هدایت الکتریکی شاخصی از مقدار کل ماده محلول در حلال است. از روش هدایت سنجی برای تجزیه آب ها، انجام آزمایش های محیطی به منظور تعیین سلامت حوضچه ها و سایر منابع آبی نیز استفاده می شود. با اندازه گیری هدایت یک محلول می توان هدایت جامدات کل محلول (TDS) را نیز به دست آورد. چرا که هدایت الکتریکی و TDS با هم ارتباط دارند.

دستگاه هدایت سنجی آزمایشگاهی

TDS کل مواد جامد محلول در آب است که برابر با مجموع غلظت همه یون های موجود در آب است. مواد محلول در آب، از لحاظ ماهیت می توانند آلی یا معدنی باشند. برای اندازه گیری TDS ، هدایت الکتریکی محلول را اندازه می گیرند. رابطه TDS با هدایت الکتریکی (EC) به صورت زیر است:

TDS(mg/l) = 640 EC(ds/m)

در مورد سیستم های گرمایش و سرمایش که آب در آن ها در گردش است، اگر تلفات مربوط به تبخیر آب به حدی بالا رود که باعث شود سطح مواد جامد افزایش یابد، پوسته پوسته شدن و بارش نمک های مختلف اتفاق افتد. درنتیجه کنترل هدایت دریچه سیستم باعث می شود که، علاوه بر جلوگیری از آسیب رسیدن به تجهیزات، از لحاظ اقتصادی نیز این مورد کنترل شود.

خدمات هدایت سنجی

بحث درباره خدمات هدایت سنجی اغلب به بخش های آزمایشگاهی مربوط می شود، چرا که بسیاری از صنایع که به این تست نیاز دارند، دستگاه هدایت سنج را تهیه کرده و محلول های خود را با آن چک می کنند. اما در بخش خدمات هدایت سنجی آزمایشگاهی به منظور انجام تحقیقات، می توان نمونه محلول خود را به آزمایشگاه های مربوطه برده و تست را انجام داد. البته مراکزی که سایر تست های خواص فیزیکی مانند آزمون زاویه تماس، دیلاتومتری و آنالیز VSM را انجام می دهند، خدمات هدایت سنجی را نیز ارائه می دهند.