Misura di conducibilità - Guida teorica

La conducibilità elettrica è stata misurata per oltre 100 anni e ancora oggi rappresenta un parametro analitico importante e ampiamente utilizzato. L'elevata affidabilità, la sensibilità, i tempi di risposta rapidi e i costi relativamente ridotti degli strumenti fanno della conducibilità uno strumento di facile impiego per il controllo di qualità. La conducibilità elettrica è un parametro sommatorio non specifico di tutte le specie di ioni disciolti (sali, acidi, basi e alcune sostanze organiche) in una soluzione. Ciò significa che questa tecnica non è in grado di distinguere tra diversi tipi di ioni. La lettura è proporzionale all'effetto combinato di tutti gli ioni presenti nel campione. Pertanto, è un importante strumento per il monitoraggio e il controllo di un'ampia gamma di diversi tipi di acque (acqua pura, acqua potabile, acqua naturale, acqua di processo, ecc.) e altri solventi. Inoltre, è utilizzata per determinare le concentrazioni di sostanze chimiche conduttive.

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2.1 Conducibilità elettrica – Concetti di base

La conducibilità elettrica è la capacità di un materiale di condurre corrente elettrica. Il termine “conducibilità” può essere utilizzato anche in altri contesti (ad esempio, la conducibilità termica). Per semplicità, in questa guida quando si parla di “conducibilità” si fa sempre riferimento alla conducibilità elettrica.

Il trasporto di energia elettrica attraverso la materia richiede sempre la presenza di particelle cariche. I conduttori possono essere classificati in due gruppi principali a seconda della natura della particella carica. I conduttori di prima specie sono composti da un reticolo di atomi circondato da un guscio esterno di elettroni. Gli elettroni presenti all'interno di questa "nube di elettroni" possono dissociarsi liberamente dai loro atomi e trasportare energia elettrica attraverso il reticolo e, quindi, anche attraverso
il materiale. I metalli, la grafite e alcuni altri composti chimici appartengono a questo gruppo.

I conduttori di seconda specie sono i cosiddetti conduttori ionici. A differenza dei conduttori della prima specie, il flusso di corrente non è causato dal movimento libero degli elettroni ma dagli ioni. Pertanto, il trasferimento di carica elettrica negli elettroliti è sempre collegato al trasporto di materia. I conduttori di seconda specie sono costituiti da ioni mobili e con carica elettrostatica, ovvero gli elettroliti. Si verifica la ionizzazione

2.2 Definizione di conducibilità


Secondo la legge di Ohm (1), la tensione (V) applicata a una soluzione è direttamente proporzionale alla corrente (I) che passa attraverso quella soluzione:

R = resistenza (ohm, Ω)

V = tensione (volt, V)

I = corrente (ampère, A)

La resistenza (R) è una costante di proporzionalità e può essere calcolata tramite il flusso di corrente misurato se viene applicata una tensione nota:

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2.1 Conducibilità elettrica – Concetti di base

2.2 Definizione di conducibilità

2.3 Conducibilità delle soluzioni

2.3.1 Ioni disciolti

2.3.2 Autoionizzazione dell'acqua

2.4 Principio di misura

2.5 Sensore di conducibilità

2.5.1 Cella di conducibilità a 2 poli

2.5.2 Cella di conducibilità a 4 poli

2.5.3 Materiale

2.5.4 Scelta del sensore più adatto

2.6  Effetti della temperatura

2.6.1 Correzione lineare della temperatura

2.6.2 Correzione non lineare

2.6.3 Acqua pura

2.6.4 Nessuno

2.7 Interferenza della misura di conducibilità

2.7.1 Dissoluzione di sostanze gassose

2.7.2 Bolle d'aria

2.7.3 Strato di rivestimento della superficie dell'elettrodo

2.7.4 Errori correlati alla geometria – Effetti di campo

La conducibilità è misurata in un vasto campo di applicazioni differenti. Nella seconda parte di questa guida verrà descritto il know-how applicativo. Innanzitutto, descriveremo il funzionamento generale per la taratura, la verifica e le misure di conducibilità, incluso il caso specifico di misure a bassa conducibilità. Quindi, tratteremo la manutenzione e la conservazione dei sensori di conducibilità. Nei capitoli seguenti verranno descritte in dettaglio le applicazioni più importanti.

Tutti i misuratori di conducibilità di METTLER TOLEDO offrono altre modalità di misura, oltre alle misure di conducibilità. La Tabella 7 offre una panoramica delle modalità di misura sopportate da un misuratore. Le misure di TDS, salinità, cenere conduttimetrica e bioetanolo sono descritte in dettaglio nella sezione 3.6.

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3.1 Taratura e verifica

3.2 Suggerimenti per l'uso di soluzioni standard

3.3 Misura

3.4 Misure a bassa conducibilità

3.5 Manutenzione e conservazione

3.6 Applicazioni specifiche

3.6.1 TDS

3.6.2 Misure di concentrazione

3.6.3 Salinità

3.6.4 Acqua ultrapura

3.6.5 Resistività

3.6.6 Cenere conduttimetrica

3.6.7 Bioetanolo

Come scegliere il sensore più adatto?

Scegliere il sensore più adatto è più facile se si tiene conto dei tre criteri seguenti.

1. Stabilità chimica:

• Non devono verificarsi reazioni chimiche tra il campione e il sensore.

2. Tipo di costruzione:

• Sensore a due poli: Adatto per misure a bassa conducibilità
• Sensore a quattro poli: Adatto per misure da media a elevata conducibilità

3. Costante di cella:

• Usare un sensore con una costante di cella bassa (0,01–0,1 cm-1) per misure a bassa conducibilità
  e un sensore con una costante di cella più alta (0,5–1,0 cm-1) per misure da media ad alta conducibilità.

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Trovate il giusto sensore di conducibilità con una delle nostre guide ai sensori

Corrente alternata (CA):  Flusso di carica elettrica che inverte periodicamente la propria direzione.

Anione:                               Uno ione con carica negativa.

Taratura:                       Determinazione empirica della costante di cella, ottenuta misurando una soluzione standard.

Catione:                              Uno ione con carica positiva.

Costante di cella K [cm-1]:    Teorica: K = l / A; Il rapporto percentuale tra la distanza fra gli elettrodi (I) e l'area della sezione trasversale
                                effettiva dell'elettrolita (A) tra i poli:
                                        La costante di cella è utilizzata per trasformare la conduttanza in conducibilità ed è determinata dalla taratura.
                                        La differenza tra la costante di cella teorica e quella reale è causata da linee di campo.

Conduttanza G [S]:        La capacità di un materiale di condurre elettricità.

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6.1 Fattori di correzione della temperatura f₂₅ per correzione non lineare

6.2 Coefficienti di temperatura (valori di α) degli standard di conducibilità di METTLER TOLEDO

6.3 Fattori di conversione da conducibilità a TDS