Medición de la conductividad: una guía teórica

En la práctica, la conductividad eléctrica se lleva midiendo más de 100 años y, todavía hoy, sigue siendo un parámetro analítico importante y muy usado. La alta fiabilidad, sensibilidad, rapidez de respuesta y coste relativamente bajo del equipo hacen de la conductividad una herramienta valiosa y fácil de usar para el control de la calidad. La conductividad eléctrica es un parámetro de suma no específico de todas las especies iónicas disueltas (sales, ácidos, bases y algunas sustancias orgánicas) en una solución. Esto significa que esta técnica no puede diferenciar entre diversos tipos de iones. La lectura es proporcional al efecto combinado de todos los iones de la muestra. Por lo tanto, se trata de una herramienta importante para controlar y supervisar una amplia gama de diferentes tipos de agua (agua pura, agua potable, agua natural, agua procesada, etc.) y otros solventes. También se usa para determinar las concentraciones de productos químicos conductivos.

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2.1 Conductividad eléctrica: información básica

La conductividad eléctrica es la capacidad de un material para conducir la corriente eléctrica. El término «conductividad» también puede usarse en otros contextos (por ejemplo, la conductividad térmica). Para simplificar, en esta guía el término «conductividad» se usará siempre para referirse a la conductividad eléctrica.

El transporte de la electricidad por la materia siempre requiere la presencia de partículas cargadas. Los conductores pueden clasificarse en dos grupos principales según la naturaleza de la partícula cargada. Los conductores del primer grupo están formados por un entramado de átomos con una cubierta exterior de electrones. Los electrones en esta «nube de electrones» pueden disociarse libremente de su átomo y transportar la electricidad por el entramado y, por lo tanto, a través
del material. El metal, el grafito y otros compuestos químicos pertenecen a este grupo.

Los conductores del segundo grupo se conocen como «conductores iónicos». A diferencia de los conductores del primer grupo, el flujo de corriente no está provocado por el libre movimiento de los electrones, sino por los iones. Por ello, la transferencia de carga en los electrolitos siempre está vinculada con el transporte de la materia. Los conductores del segundo grupo están formados por iones móviles y cargados eléctricamente que se conocen como «electrolitos». Aparición de la ionización

2.2 Definición de conductividad


Según la ley de Ohm (1), la tensión (V) definida en una solución es proporcional a la corriente que circula (I):

R = Resistencia (ohm, Ω)

V = Tensión (voltio, V)

I = Corriente (amperio, A)

La resistencia (R) es una constante de proporcionalidad que puede calcularse con el flujo de corriente medido si se aplica una tensión determinada:

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2.1 Conductividad eléctrica: información básica

2.2 Definición de conductividad

2.3  Conductividad de las soluciones

2.3.1 Iones disueltos

2.3.2 Autoionización del agua

2.4 Principio de medición

2.5 Sensor de conductividad

2.5.1  Célula de conductividad bipolar

2.5.2 Célula de conductividad cuadripolar

2.5.3 Material

2.5.4 Selección del sensor adecuado

2.6  Efectos de la temperatura

2.6.1 Corrección lineal de la temperatura

2.6.2 Corrección no lineal

2.6.3 Agua pura

2.6.4 Ninguno

2.7 Interferencia de la medición de la conductividad

2.7.1 Disolución de sustancias gaseosas

2.7.2 Burbujas de aire

2.7.3 Revestimiento de la superficie del electrodo

2.7.4 Errores relacionados con la geometría: efectos de campo

La conductividad se mide en una amplia gama de aplicaciones diferentes. La segunda parte de esta guía proporciona abundante información sobre las aplicaciones. En primer lugar, se describe el modo de funcionamiento general de la calibración, la verificación y las mediciones de conductividad, incluido el caso especial de medición de baja conductividad. Además, se trata el mantenimiento y el almacenamiento de los sensores de conductividad. En los siguientes capítulos, se describen de forma detallada las aplicaciones más importantes.

Todos los conductivímetros de METTLER TOLEDO proporcionan modos de medición adicionales además de las mediciones de conductividad. La tabla 7 ofrece una visión general de los modos de medición compatibles con un medidor. En la sección 3.6, se describen de forma detallada las mediciones de TDS, concentración de sal, ceniza conductimétrica y bioetanol.

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3.1 Calibración y verificación

3.2 Consejos de uso de las soluciones estándares

3.3 Medición

3.4 Mediciones de baja conductividad

3.5 Mantenimiento y almacenamiento

3.6 Aplicaciones específicas

3.6.1 TDS

3.6.2 Mediciones de concentración

3.6.3 Concentración de sal

3.6.4 Agua ultrapura

3.6.5 Resistividad

3.6.6 Ceniza conductimétrica

3.6.7 Bioetanol

Cómo seleccionar el sensor adecuado

La comprobación de los tres criterios siguientes le ayudará a escoger el sensor adecuado.

1. Estabilidad química:

• No debe producirse reacción química alguna entre el material del sensor y la muestra.

2. Tipo de construcción:

• Sensor bipolar: mejor para mediciones de baja conductividad.
• Sensor cuadripolar: mejor para mediciones de conductividad de media a alta.

3. Constante de celda:

• Use un sensor con una constante de celda baja (0,01-0,1 cm-1) para mediciones de baja conductividad
  y un sensor con una constante de celda mayor (0,5-1,0 cm-1) para mediciones de conductividad media a alta.

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Encuentre el sensor de conductividad adecuado en nuestra Guía de productos de sensores

Corriente alterna (CA):  Flujo de carga eléctrica que invierte su dirección de forma periódica.

Anión:                               Un ion con carga negativa.

Calibración:                       Determinación empírica de la constante de celda con la medición de una solución estándar.

Catión:                              Un ion con carga positiva.

Constante de celda K [cm-1]:    Teórica: K = l / A; la relación de la distancia entre los electrodos (l) con la superficie transversal efectiva
                                         del electrolito entre los polos (A).
                                        La constante de celda se usa para transformar la conductancia en conductividad y se determina mediante la calibración.
                                        La diferencia entre la constante de celda teórica y la real está provocada por las líneas de campo.

Conductancia G [S]:        La capacidad del material para conducir la electricidad.

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6.1 Factores de corrección de la temperatura f₂₅ para una corrección no lineal

6.2 Coeficientes de temperatura (valores α) para soluciones estándares de conductividad de METTLER TOLEDO

6.3 Conductividad según los factores de conversión de TDS