Типичные ошибки при измерении электропроводности, рекомендации по их устранению

При измерении электропроводности воды и водных растворов даже опытные лаборанты могут совершить ошибки, которые искажают результаты. Поэтому понимание факторов, которые влияет на точность измерений, позволит получить достоверные данные. Также нужно рассмотреть наиболее распространенные проблемы, которые возникают при замерах электропроводности, и способы их решения.

Влияние температуры

Температура оказывает сильное влияние на измерения электропроводности. Подвижность ионов в растворах существенно возрастает с повышением температуры. Проводимость увеличивается примерно на 2–3% на каждый градус Цельсия.

К типичным ошибкам, которые совершаются при замерах электропроводности, относится игнорирование температурной компенсации. Проведение измерений без учета температуры образца может привести к значительной погрешности. Например, если калибровка была проведена при +25°C, а измерения выполняются при 20°C, результат может быть занижен примерно на 10–15%.

Еще одна типичная ошибка – неправильный выбор коэффициента температурной компенсации. Большинство приборов используют линейную модель температурной компенсации: σ₂₅ = σₜ / [1 + α(t - 25)], где α – температурный коэффициент.

Стандартное значение α = 0,02 (или 2% на градус) подходит для большинства растворов средней концентрации, но может быть неточным для:

• ультрачистой воды (требуется нелинейная компенсация);

• концентрированных кислот и щелочей (α может достигать 0,015–0,025);

• органических растворителей с электролитами (α может существенно отличаться).

Поэтому для получения точных результатов недостаточно купить лабораторный кондуктометр в России, который соответствует техническим и эксплуатационным требованиям. Нужно учитывать температурную компенсацию, правильно выбирать ее коэффициент.

Температурная неоднородность пробы

Если в объеме жидкости есть градиент температур (например, верхняя часть теплее нижней), датчик будет измерять проводимость только в точке своего размещения. Это не позволит определить среднюю проводимость всего образца.

Для решения проблемы рекомендуется делать следующее:

• всегда использовать автоматическую температурную компенсацию;

• экспериментально определять коэффициент α для конкретного типа образцов;

• при исследовании ультрачистой воды использовать приборы с нелинейной температурной компенсацией;

• для получения результатов измерений повышенной точности нужно применять термостатирование проб (поддержание постоянной температуры).

Перед измерением важно дать пробе достичь температурного равновесия.

Загрязнение электродов и измерительной ячейки

Состояние поверхности электродов критически важно для точности измерений проводимости. Нужно помнить, что со временем на электродах могут образовываться:

• отложения солей из измеряемых растворов;

• пленки органических веществ;

• продукты окисления (актуально для металлических электродов);

• биопленки (характерно для работы с природными водами).

Загрязнение электродов приводит к изменению их эффективной площади и константы ячейки, что влияет на точность измерений.

Остатки предыдущего образца могут существенно искажать результаты, особенно при переходе от высококонцентрированных растворов к разбавленным.

Платинированные электроды особенно чувствительны к механическим воздействиям. Стирание платинового покрытия уменьшает активную поверхность, снижает точность измерений, особенно для растворов с низкой проводимостью.

Чтобы избежать искажения результатов измерений, рекомендуется:

1. Регулярно очищать электроды согласно рекомендациям производителя.

2. Для очистки платиновых электродов нужно использовать только мягкие чистящие средства без абразивных частиц.

3. После измерения высококонцентрированных растворов нужно промывать ячейку несколько раз, особенно перед измерением растворов с низкой проводимостью.

4. Периодически проверять константу ячейки с помощью стандартных растворов.

5. Регенерировать платинированные и электроды из графита в соответствии с рекомендациями производителя.

Нужно хранить датчик в дистиллированной воде, если это рекомендовано производителем.

Ошибки калибровки

Точность кондуктометра зависит от того, насколько правильно проведена калибровка. Тут часто совершаются следующие ошибки:

1. Используются просроченные или загрязненные стандартные растворы. У KCl и других электролитов ограниченный срок годности. Загрязнение стандарта или изменение его концентрации из-за испарения приведет к неправильной калибровке.

2. Недостаточное количество точек калибровки. При работе в широком диапазоне концентраций необходима многоточечная калибровка.

3. Выбор неподходящих стандартов. Калибровка должна проводиться в том же диапазоне проводимости, что и измерения. Например, калибровка по 0,01 М KCl (1413 мкСм/см) не обеспечит точных измерений ультрачистой воды (0,055 мкСм/см).

4. Игнорирование рекваллификации ячейки. Константа ячейки может меняться со временем из-за загрязнения или износа электродов. Без регулярной проверки этого параметра точность измерений снижается.

Для обеспечения точности измерений важно использовать свежие сертифицированные стандартные растворы. Их нужно хранить в плотно закрытых сосудах, не допускать испарения или загрязнения. Следует помнить, что для разных диапазонов измерений используются соответствующие стандарты:

• 84 мкСм/см (0,001 М KCl) для низкопроводящих растворов;

• 1413 мкСм/см (0,01 М KCl) для среднего диапазона;

• 12,88 мСм/см (0,1 М KCl) для высоких значений проводимости.

Нужно проверять константу ячейки не реже одного раза в неделю при интенсивном использовании кондуктометра.