EC | TDS | SALINITY سنج

در این قسمت به توضیح دسته محصولات کنداکتیویتی متر (ec متر یا هدایت سنج) و سختی سنج یا به عبارت دیگر TDS متر و شوری سنج خواهیم پرداخت. قبل از خرید با مطالعه این قسمت می‌توانید انتخاب بهتری داشته باشید.

 

 

هدایت الکترولیتی یا EC چیست؟

هدایت الکترولیتی یا EC که مخفف عبارت Electrolytic Conductivity است معیاری از توانایی محلول در عبور جریان الکتریکی است و رابطه آن با مقدار مقاومت بصورت برعکس می‌باشد:

EC= 1/R

نکته: برای محاسبه این پارامتر از دستگاه کنداکتیویتی متر ( EC متر ) یا هدایت سنج استفاده می‌شود.

روش‌های هدایت سنجی

هدايت الکتريکی يا رسانايی هر محلول را جابه‌جايي یون‌هاي موجود در آن به وجود می‌آورند. جهت اندازه‌گیری اين رسانايی، كافی است حجمی از محلول را ميان دو الکترود شناور در آن قرار داده و عبور جريان ناشی از اعمال اختلاف پتانسيل ميان دو الکترود را مورد بررسی قرار دهید. اندازه هدايت (هدایت سنجی) يا رسانايی محلول‌ها تابع تعداد ذرات باردار يا يون‌های موجود در محلول است و مقدار آن از روی شدت جريان حاصل از اعمال ΔE (اختلاف پتانسيل) قابل ارزيابی است. ميزان مشاركت يون‌ها در ايجاد هدايت الکتريکی نيز تابع پارامترهای زیر است.

1. غلظت
2. بار
3. ميزان تحرك

 

اگر در ظرفی حاوی يك محلول الکتروليت، دو الکترود قرار دهند و پتانسيل مناسبی ميان آن‌ها برقرار كنند، گونه‌های مثبت به طرف كاتد و گونه‌های منفی به طرف آند حركت و در نتيجه محلول، جريان الکتريکی را هدايت مي‌کند، در اين حالت ملاحظه مي‌شود كه قوانين اهم در مورد آن به خوبی صادق است.

میزان عبور جریان الکتریکی از یک محلول با میزان نمک‌ها و یا یون‌های موجود در محلول رابطه مستقیم دارد و هر چه میزان یون‌ها و ناخالصی‌های درون محلول بیشتر باشد رسانایی الکتریکی، کنداکتیویتی و یا EC محلول بیشتر خواهد بود. رسانایی الکتریکی بر حسب واحد میکروزیمنس بر سانتی‌متر و یا میلی‌زیمنس بر سانتی‌متر بیان می‌شود. یک میلی‌زیمنس بر سانتی‌متر واحد بزرگتری نسبت به میکروزیمنس بر سانتی‌متر می‌باشد و رابطه بین این دو مقدار برابر است با:

1000µS/cm = 1.0 mS/cm

 

اندازه‌گیری هدایت الکتریکی (هدایت سنج) و یا EC متر

رایج‌ترین شیوه اندازه‌گیری مقدار هدایت الکترولیتی یک محلول عبور دادن مقدار مشخصی از جریان متناوب از حجم مشخصی از محلول است که باید کنداکتیویتی آن سنجیده شود. بدین وسیله میزان مقاومت ویژه یک سل که از دو الکترود یا پراب با شکل ثابت و فاصله مشخص تشکیل شده است محاسبه می‌گردد. این محاسبه به وسیله دستگاه ec متر یا ec سنج انجام خواهد گرفت.

(R=ρ(L/A

R: مقاومت محاسبه شده

ρ: مقاومت ویژه نمونه

L: فاصله بین دو الکترود

A: سطح مقطع پراب

جهت تعیین ثابت سل بهترین روش استفاده از یک محلول با میزان رسانایی الکتریکی مشخص است که در این مورد از محلول KCL جهت کالیبراسیون و تعیین ثابت سل استفاده می‌شود.

رسانایی ویژه رابطه عکس با مقدار مقاومت محاسبه شده خواهد داشت و به سادگی از میزان مقاومت اندازه‌گیری شده به دست خواهد آمد.

 

 ec متر یا ec سنج چیست؟

ec متر یا ec سنج دستگاهی است که از آن برای محاسبه کردن میزان رسانایی یا همان مقدار هدایت الکتریکی مایعات بهره می‌برند. بهتر است بدانید که هر چه موجودیت نمک رسانا در مایع بیشتر گردد میزان ec نیز افزایش پیدا می‌کند. یکای اندازه‌گیری برای این کمیت، میکرو اهم بر سانتیمتر می‌باشد (خالی از لطف نیست که بدانید برای سنجش هدایت الکتریکی ویژه آب میکرو زیمنس بر سانتیمتر µs/cm و یا میلی زیمنس بر سانتیمتر ms/cm تعیین شده است).

 

 

کاربرد ec سنج پرتابل هانا

دستگاه Ec متر میزان هدایت الکترولیتی را درون یک محلول اندازه‌گیری می‌نماید. EC مترها معمولا دارای کاربردهای مختلفی می‌باشد. همچنین برای امور تحقیقاتی و صنعتی  در موارد متداول سیستم‌های هیدروپونیک، آبزی پروری، آکواپونیک و سیستم‌های تصفیه آب جهت کنترل میزان مواد مغذی، نمک‌ها و ناخالصی‌های موجود در آب از دستگاه‌های محاسبه هدایت الکتریکی یا به اصطلاح EC مترها بهره برده می‌شود.

میزان رسانایی در یک محلول الکترولیتی، اندازه‌گیری توانایی محلول مورد آزمایش در عبور جریان الکتریکی از خود است. اندازه‌گیری میزان هدایت به طور معمول در صنایع و کاربردهای میدانی و محیطی به عنوان یک روش سریع، نسبتاً ارزان و قابل اطمینان جهت اندازه‌گیری میزان یون‌های موجود در یک محلول مورد استفاده قرار می‌گیرد. در بسیاری از نمونه‌ها، میزان EC با میزان TDS محلول به طور مستقیم مرتبط هستند. ضریب تبدیل بسته به نوع آب و محل آزمایش می‌تواند بین ۰٫۵۵ تا ۰٫۷ متغیر باشد.

اغلب EC مترها از روش پتانسیومتری جهت اندازه‌گیری میزان کنداکتیویتی با استفاده از چهار الکترود استفاده می‌نمایند. این الکترود‌ها اغلب استوانه‌ای شکل و از جنس پلاتینیوم بوده و به صورت متمرکز در محلول قرار داده می‌شوند. با اعمال یک جریان متناوب بین الکترودهای بیرونی، اختلاف پتانسیل بین دو الکترود درونی اندازه‌گیری می‌شود. مطابق فرمول اندازه‌گیری هدایت الکتریکی، مقدار EC با اطلاع از فاصله بین دو الکترود و میزان سطح آن‌ها بر اساس قانون اهم قابل اندازه‌گیری است، اما معمولا جهت افزایش دقت اندازه‌گیری ec را ابتدا با استفاده از محلول‌های الکترولیت با هدایت کاملاً مشخص کالیبره می‌نمایند.

 

انواع EC متر

با نگاهی به کنداکتیویتی مترهای موجود در سایت و بازار با سه تیپ ec متر مواجه می‌شوید که می‌بایست قبل از خرید به دقت ویژگی‌های هر کدام را مورد بررسی دهید تا خریدی متناسب با نیاز با صرف بودجه کافی تهیه نمایید. سه مدل ec متر عبارتند از ec متر قلمی، ec متر پرتابل، ec متر رومیزی.

هر کدام از این مدل‌ها دارای کاربری، قابلیت و قیمت‌های متفاوتی هستند. Ec مترهای قلمی ارزان‌ترین مدل از کنداکتیویتی مترها می‌باشند که دارای دو نوع کالیبراسیون متفاوت می‌باشند. کالیبراسیون اتومات و کالیبراسیون دستی ec متر.

 

Ec متر قلمی

Ec متر‌های قلمی دارای کالیبراسیون اتومات نسبت به ec مترهای قلمی با کالیبراسیون دستی دارای قیمت بیشتری هستند. در کالیبراسیون اتومات تنها کافی است وارد حالت کالیبراسیون دستگاه شوید و نوک الکترود را درون محلول بافر مناسب فرو ببرید. در این زمان کنداکتیویتی متر به صورت اتومات شروع به کالیبره کردن خود می‌نماید، کالیبراسیون این دستگاه‌ها بسیار راحت می‌باشد.

 

                                                                HI98304

در Ec مترهای دارای کالیبراسیون دستی، به همراه دستگاه معمولا یک پیچ گوشتی کوچک عرضه می‌گردد. با استفاده از این پیچ گوشتی کاربر می‌بایست پیچ تنظیم قرار گرفته بر روی بدنه دستگاه را در زمان کالیبراسیون در صورت نیاز بچرخاند تا مقدار نمایش داده شده بر روی نمایشگر با مقدار بافر مورد استفاده برابر گردد. کنداکتیویتی مترهای قلمی تنها در یک نقطه قابل کالیبراسیون می‌باشند.

 

Ec متر پرتابل

Ec مترهای پرتابل دارای قابلیت‌های بیشتری نسبت به ec مترهای قلمی می‌باشند از جمله این قابلیت‌ها می‌توان به امکان اندازه‌گیری پارامترهای دیگر مانند سختی، orp، شوری و یا قابلیت ذخیره مقادیر اندازه‌گیری شده بر روی حافظه داخلی، قابلیت اتصال به کامپیوتر و … اشاره نمود. طبیعی است که دارا بودن قابلیت‌های یک دستگاه منجر به افرایش قیمت آن خواهد شد، لذا قیمت ec مترهای پرتابل به نسبت ec مترهای قلمی بیشتر می‌باشد. Ec مترهای پرتابل دارای نقاط کالیبراسیون بیشتری بین 1 تا 5 نقطه با استفاده از محلول‌های استاندارد متفاوت می‌باشند.

 

 

اجزای دستگاه کنداکتیویتی متر

دستگاه هدايت سنج یا کنداکتیویتی متر دارای مدارهای الکتريکی، نمايشگر و يك الکترود EC است. اين الکترود مجموعه‌ای است از دو صفحه مسطح از جنس پلاتین كه به منظور ثابت بودن فاصله آن‌ها روی سطوح شيشه‌ای يا پليمری ثابت شده‌اند. در نتيجه ثابت بودن دو صفحه، حجم خاصی از محلول در ميان آن‌ها قرار می‌گيرد و جريان الکتريکی را هدايت می‌كند. در اين دستگاه بصورت دستی يا خودكار يکای هدايت از ميلی به ميکرو يا برعکس عوض می‌شود.

 

وابستگی میزان کنداکتیویتی به دما

میزان کنداکتیویتی یک محلول به میزان زیادی به دمای آن محلول وابسته است، لذا استفاده از کنداکنیویتی متر دارای قابلیت اصلاح دمایی خودکار و یا کالیبراسیون دستگاه در دمایی مشابهی که می‌خواهید پی اچ نمونه را اندازه‌گیری کنید دارای اهمیت بالایی است. برخلاف فلزات، میزان هدایت الکتریکی و یا EC الکترولیت‌های معمول مورد استفاده با افزایش دما افزایش می‌یابد (در فلزات با افزایش دما میزان مقاومت هادی افزایش می‌یابد و طبیعتا میزان هدایت الکتریکی آن کاهش خواهد یافت). این رابطه به جز در رنج دمایی کوچکی معمولا خطی در نظر گرفته می‌شود.

میزان ضریب اصلاح دمایی در اکثر این دستگاه‌ها معمولا 2 درصد به ازای سانتی‌گراد بطور ثابت تنظیم می‌شود. در هر صورت این ضریب بین مقادیر 1 تا 3 درصد به ازای هر درجه سانتی‌گراد قابل تغییر و تنظیم می‌باشد.

 

چرا اندازه‌گیری هدایت الکترولیتی مهم است؟

مقدار هدایت الکترولیتی یک محلول یا به عبارت دیگر میزان کل مواد جامد محلول در آب آشامیدنی و یا آب مورد استفاده در صنایع، کشاورزی و … از اهمیت فراوانی بر خوردار است، برای مثال:

• مهمترین فاکتور از خواص آن سختی آب است.
• سختی آب منجر به رسوب در دستگاه‌های حرارتی مانند بویلر و برج‌های خنک‌کننده خواهد شد.
• کاهش راندمان بعلت رسوب گرفتگی بویلرها و برج‌های خنک‌کننده و ماشین آلات تزریق پلاستیک.
• افت کیفیت رنگ در صنایع رنگرزی و نساجی.
• بهینه نبودن مقدار مواد مغذی موجود در آب جهت رشد مناسب گیاه در سیستم‌های هیدروپونیک و صنایع کشاورزی.
• شوری بیش از حد آب مورد استفاده در آکواریوم‌های آب شور و یا استخرهای پرورش ماهیان آب شور.
• اندازه‌گیری هدایت الکتریکی خاک و یا شوری خاک که از پارامترهای مهم در گلخانه‌ها و صنایع کشاورزی است.
• و …

 

سختی سنج (TDS متر) یا مقدار کل مواد جامد محلول چیست؟

همان‌طور که ذکر شد هدایت الکتریکی با میزان مواد محلول در آب رابطه مستقیم دارد، لذا با محاسبه کنداکتیویتی و با استفاده از ثابت تبدیل EC/TDS می‌توان مقدار کل مواد جامد در محلول را با دقت خوبی محاسبه نمود. روش دیگر اندازه‌گیری میزان مواد جامد موجود در حجم مشخصی از محلول، تبخیر قسمت مایع محلول و اندازه‌گیری وزن مواد جامد باقی‌مانده در ظرف است، لذا همانطور که به نظر می‌رسد استفاده از رابطه کنداکتیویتی متر (هدایت سنج) و سختی سنج روشی مناسب‌تر جهت اندازه‌گیری کل مواد جامد موجود در محلول می‌باشد. میزان TDS اندازه‌گیری شده بر حسب گرم بر لیتر (ppt) و یا میلی‌گرم بر لیتر (ppm) بیان می‌شود.

جهت محاسبه میزان مواد جامد محلول از میزان هدایت الکتریکی اندازه‌گیری شده از فرمول ذیل استفاده می‌شود:

 

              TDS= Factor*EC₂₅

EC₂₅   = هدایت الکتریکی در دمای 25 درجه سانتی‌گراد

Factor = ضریب تبدیل EC/TDS

در بیشتر تجهیزات اندازه‌گیری که ضریب تبدیل EC/TDS در آن توسط کاربر قابل تنظیم نیست، این ضریب به صورت خودکار برابر 0.5 در نظر گرفته می‌شود.

در توضیح نمودار ذیل باید گفت آب خالص دارای رسانایی الکتریکی برابر صفر است و از طرف دیگر اگر مقدار مواد جامد درون محلول از یک مقدار مشخص بیشتر شود، دیگر تاثیری بر میزان هدایت الکتریکی ندارد، چرا که در این حالت یون‌ها با یکدیگر جفت خواهند شد و قادر به تاثیرگذاری بیشتری بر میزان EC محلول نیستند.

 

اندازه‌گیری میزان سختی

جهت اندازه‌گیری میزان سختی دو روش وجود دارد:  

1. اندازه‌گیری وزن
2. اندازه‌گیری هدایت الکتریکی

اندازه‌گیری میزان سختی و یا TDS به وسیله دقیق‌ترین روش است که در این روش بایستی بخش مایع محلول تبخیری شود و سپس میزان وزن مواد جامد بجا مانده از محلول اندازه‌گیری شود. اندازه‌گیری با این روش علی‌رغم زمان بر بودن، عموما بهترین روش اندازه‌گیری سختی می‌باشد.

میزان هدایت الکتریکی آب دارای ارتباط مستقیمی با میزان یون‌های جامد محلول موجود در آب دارد. در واقع این یون‌های جامد محلول در آب هستند که به آب قابلیت عبور جریان الکتریکی را می‌دهند، میزان این رسانایی با استفاده از هدایت سنج‌های قدیمی و یا با استفاده از TDS متر قابل اندازه‌گیری است. میزان سختی را می‌توان از روی هدایت الکتریکی با یک تقریب 10 درصد محاسبه نمود.

رابطه بین سختی (TDS) با واحد میلی گرم بر لیتر و هدایت الکتریکی (EC) با واحد میکروزیمنس بر سانتی‌متر و در دمای 25 درجه سانتی‌گراد بطور تقریبی با استفاده از رابطه ذیل قابل محاسبه می‌باشد:

ضریب تبدیل K_e می‌تواند مقادیری بین 0.55 تا 0.8 را شامل شود.

TDS: K_{e .} EC

 

سختی چیست؟

سختی و یا Total Dissolved Solids که در اصطلاح TDS نامبده می‌شود اندازه‌گیری میزان سختی در واقع اندازه‌گیری میزان مجموع تمام مواد ارگانیک و غیر ارگانیک محلول و موجود در یک مایع بصورت ملکولی، کلوییدی، یونیزه شده  و … می‌باشد. TDS و یا سختی اغلب برحسب بخش در میلیون و یا ppm اندازه‌گیری می‌شود و شما با استفاده از یک سختی‌سنج دیجیتال می‌توانید سطح کیفی آب را آزمایش و بررسی نمایید.

معمولاً، تعریف عملیاتی سختی، اندازه‌گیری جامداتی است که به اندازه‌ای کوچک باشند که از یک فیلتر با منافذ 2 میکرومتر عبور کنند. کاربرد اصلی سختی مطالعه کیفی آب در جوی‌های آب، رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و… است. بیشترین ترکیبات موجود در آب عبارتند از: کلسیم، فسفات‌ها، نیترات‌ها، سدیم، پتاسیم و کلر که در آب‌های روان دارای مواد مغذی مانند کود، آب‌های جاری حاصل از طوفان‌ها، آب‌های جاری شده ناشی از ذوب برف‌ها (بطور کلی آب‌های جاری مورد استفاده در کشاورزی، آب‌های خروجی از شهرها، استخرهای تصفیه صنعتی آب و ….) یافت می‌شوند.

میزان سختی آب قابل شرب عموما بایستی کمتر از 500 میلی‌گرم بر لیتر باشد. آب با میزان سختی بالاتر قابل آشامیدن می‌باشد اما ممکن است ظعم آن قابل تحمل نباشد.

 

شوری و یا Salinity چیست؟

از دیگر پارامترهایی که با مقدار هدایت الکترولیتی EC یک محلول قابل اندازه‌گیری است، میزان شوری و یا نمک‌های موجود در یک محلول است. مقدار نمک‌های موجود در یک محلول و یا شوری به وسیله سه واحد و یا یکا متفاوت قابل اندازه‌گیری است که یک شوری سنج یا Salinity Tester می‌تواند مقدار اندازه‌گیری شده را تنها بر حسب یک یکا و یا هر سه یکا نمایش و اندازه‌گیری نماید.

یکاهای بیان شده عبارتند از: PSU، درصد % مواد جامد به کل محلول، و یا گرم بر لیتر g/L می‌باشد.

دو یکای آخر ذکر شده نیازی به توضیح ندارد اما از آنجا که ممکن است واحد PSU مقداری شما را سردرگم کرده باشد باید ذکر کرد یک PSU  برابر یک گرم (از نمک یا …) در مقدار یک کیلوگرم از یک محلول است.

1PSU= 1g/Kg

از شوری سنج جهت اندازه‌گیری میزان نمک‌های موجود در آب شور و آب لب شور (Brackish) استفاده می‌شود.

 

نکاتی که در خرید کنداکتیویتی متر (هدایت سنج) و سختی سنج باید در نظر داشته باشید:

• می‌خواهید چه پارامتری را اندازه‌گیری نمایید، EC، TDS، EC & TDS، EC & TDS & °C، Salinity، UPS 645؛
• رنج اندازه‌گیری هدایت الکترولیتی و یا سختی، شوری شما چه مقدار می‌تواند باشد؛
• از دستگاه خود در کجا می‌خواهید استفاده کنید؛ 
• آیا می‌خواهید EC متر و یا TDS متر خود را به PC متصل نمایید یا خیر؛
• مقادیر اندازه‌گیری شده را با چه دقت و رزولوشنی نیاز دارید؛
• آیا نیاز دارید تا ضریب تبدیل EC/TDS و ضریب سل قابل تنظیم باشد و یا مقداری ثابت؛
• آیا می‌خواهید جبران‌سازی دمایی بصورت اتومات صورت گیرد و یا بصورت دستی؛
• و ….

 

دستگاه هدایت سنج

جهت اطلاعات بیشتر خواهشمند است به وبلاگ سایت مراجعه نمایید