Vidlákovo elektro 89. Konduktometrie 2.

30. října 2014 v 6:03 | Petr |  Vidlákovo Elektro
Dneska jsme měli probrat schémátko konduktometru a skončit, ale jako obvykle jsem si uvědomil 2 věci.
  1. Co kdyby se mezi čtenáři vyskytl zájemce o 4 drátové měření vodivosti ?
  2. Zveřejnit schémátko je jednoduché, ale s konduktometrem a podomácku vyrobenou konduktometrickou celou ještě stále nemáte vyhráno, protože je potřeba přístroj kalibrovat.

K bodu 1. - Minule jsme vysvětlovali dvoudrátové měření - konduktometrickou celou protéká proud a na konduktometrické cele je napětí - obvykle se nastavuje buď proud, nebo napětí konstantní a ten druhý parametr se měří a pak se (digitálně nebo analogově) vydělí a máme výslednou vodivost. Celá tato věc má jako obvykle jeden zádrhel - Platinové kroužky jsou elektrody prvního druhu Tudíž se nám polarizují. Nepolarizovatelné elektrody Druhého druhu nelze použít, protože samy mají docela veliký odpor. Proto je třeba měřit střídavým proudem, výsledek usměrnit a pak s ním dále pracovat.

Dnes vezmete pár operačních zesilovačů a je vymalováno, ale v době elektronkových konduktometrů - byla práce se střídavým proudem a zejména precizní usměrnění milivoltových napětí veliký problém (podle mně je dodnes). Proto vzniklo "čtyřdrátové měření" vodivosti.

Čtryřdrátová konduktometrická cela vypadá přesně stejně jako dvoudrátová - krom toho, že v ní jsou 4 platinové plíšky nad sebou. Do dvou krajních se zdrojem konstantního proudu pouští proud, který teče od jedné krajní k druhé krajní elektrodě. Ty polarizuje a v i v rámci chemické odolnosti platiny - ničí. Prostřední dva kroužky se tak ocitají v elektrickém poli daném konstantním proudem - tudíž se napojí na diferenciální (elektronkový) zesilovač s vysokým vstupním odporem. Díky vysokému vstupnímu odporu jimi neteče téměř žádný proud a tudíž se jen minimálně polarizují a zkreslují měření. Napěťový rozdíl odpovídá součinu konstatního proudu a odporu mezi vnitřními elektrodami - tedy odporu roztoku mezi těmito elektrodami.

JASNÉ ? Samozřejmě nejlepší by byla kombinace obojího - tedy čtyřdrátové střídavé měření, ale při dnešním poměru mezi cenou integrovaných obvodů a platiny vychází střídavé dvoudrátové měření jako daleko přesnější a levnější než 4 drátová DC "elektronková" metoda. nemluvě o tom, že vím jak zalít do epoxidu 2 uhlíkové tyčinky ale jak v tomto stylu vyrobit 4 drátovou elektrodu - by opravdu byl záhul.

K bodu 2. : Pokud potřebujete úplně vidlácké řešení kalibrace konduktometrické cely - jsou dvě možnosti - pokud chcete měřit nízké vodivosti - roztoky blízké čisté destilce - pokud necháte super-čistou destilku stát na vzduchu - rozpustí se v ní vzdušný CO2 a reakcí CO2 s vodou vznikne malé množství kyseliny uhličité. Pokud tedy necháte superčistou destilovanou vodu stát na vzduchu (zakrytou proti prachu samozřejmě) CO2 z ní vytvoří roztok o vodivosti 1,05 uS/cm.

Pokud budete měřit více koncentrované roztoky pak vězte, že 8% "kvasný lihový ocet" z obchodu má vodivost přibližně 1700 uS/cm.


Mezi 1,05 a 1700 uS/cm je dosti široký "lán hodnot" pokud budete svůj konduktometr potřebovat nakalibrovat pro tuto oblast - nevyhnete se vážení chloridu sodného (kuchyňské soli), nebo lépe chloridu draselného, který používají profesionálové. Jelikož NaCl i KCl jímají vzdušnou vodu - jsou "hygroskopické" - je třeba před měřením hroudu soli "upéct v peci" neboli vysušit teplem - hodinu při 180 stupních a nechat v peci zchladnout - a pak teprve dosáhnete maximální přesnosti, která je v "kuchyňské laboratoři" možná.

Jenom pro žádovou představu - ve Frýdku bereme vodu z hor, která je filtrovaná rašelinou a má 60uS/cm - takže se dá z vodovodu rovnou lít do akvária s amazonskými tetrami. V Ostravě bereme vodu z Kružberské přehrady - hlavní hrdinky komunistického seriálu "Velké sedlo" která má někdy až 950 uS/cm, přitom horní hranice normy pro pitnou vodu je 1000 uS/cm a potravinářský ocet má 1700 - neboli jak říká kolega - "kdybyste věděli co pijete tak si v tom ani prdel neumyjete"

Hluboká omluva za vidláky bez elektriky, dneska končíme a zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám : když mažel zabaví skleněnou zapékací mísu a "neco peče" netěště se na oběd, dokud pozitivně nezjistíte, že třeba jenom nesuší sůl pro výrobu "vodivostního kalibrátoru".

Poznámka při druhém čtení - z důvodů "pohyblivosti molekul" které se probírá už v prvouce ve 4. třídě je vodivost roztoků EXTRÉMNĚ závislá na teplotě - staří chemici tvrdí, že změna o 1 stupeň změní vodivost minimálně o 2 procenta - u každého roztoku poněkud jinak, podle velikosti molekul iontů. Proto při kalibraci konduktometrické cely je výhodné teplotu 25 stupňů měřit a striktně dodržet.
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Komentáře

1 rvx73 rvx73 | 30. října 2014 v 8:06

super článek!
jenom by mě zajímalo, když už jste to nakousl, proč je voda s vysokou vodivostí pro organismus škodlivejší než voda méně vodivá?

2 Karel Karel | 30. října 2014 v 8:13

Též bych se zeptal, k čemu je to v praktickém životě dobré? Abych si přenosným konduktometrem u návštěvy přeměřil kvalitu vody, než mi z ní uvaří kafe?

3 RXD RXD | 30. října 2014 v 9:56

K měření vodivosti bych navrhl  nepolarizující se elektrody zhotovené například z z jedné strany odbroušených destičkových baryumtitanátových keramických kondenzátorů M1. Pokud se přiloží na hladinu, / ale i na kůži/ a měří se střídavým proudem / 1 kHz /, dává to vysoce dlouhou dobu opakovatelné hodnoty. Považoval bych i za zdařilou zmínku o různé teplotní závislosti různých látek, nejen obsažených ve vodě, které se dají výhodně použít při různých analýzách nebo průmyslových měřeních.

4 Dalík Dalík | 30. října 2014 v 10:23

Voda s vysokou vodivostí ničemu nevadí a pít se dá normálně (nejsou-li v ní skutečné jedy samozřejmě). Jenom to prostě znamená, že není čistá a není třeba dobré ji lít do akvária/auta atd.

Ale můj názor je deformován celoživotním pobytem v jednom nejmenovaném populárním lázeňském městě.

5 m.marianek m.marianek | 30. října 2014 v 11:13

[3]: To není zrovna dobrý nápad, reaktance kondenzátorů se vám bude přičítat k měřené hodnotě a protože je to imaginární složka (posunutá o 90°), nedá se jednoduše odečítat. Jestli dobře počítám, tak je susceptance kondenzátoru M1 na 1kHz asi 628uS a to je bohužel velikost, která je srovnatelná s rozsahem měřených hodnot, tzn, že ji nemůžeme zanedbat. Zanedbat by šla u čtyřelektrodového měření, ale tam je nám to šumafuk, protože v tom případě se polarizace konat nebude (jednak kvůli střídavému proudu, druhak kvůli nulovému proudu měřicích elektrod). Ale jinak uznávám, že je to dobrý nápad a v průmyslovém měřítku, kde budeme měřit v úzkém rozmezí hodnot je to jistě použitelné.

6 m.marianek m.marianek | 30. října 2014 v 12:07

Pane Kubáči, v době elektronkových konduktometrů (milivoltmetrů, resp. elektronkových čehokoliv-metrů) byl právě problém měřit malá stejnosměrná napětí a to tak, že daleko větší, než malá střídavá napětí. Střídavé napětí se zesílilo, usměrnilo a byl pokoj, kdežto stejnosměrné napětí bylo často daleko menší, než samotný drift offsetu elektronkového zesilovače. Tam kde to šlo se malé stejnosměrné napětí rozčoprovalo, buď ještě v převodníku měřené veličiny na napětí, nebo až potom pomocí elektromechanického přepínače. Viděl jsemkonstrukci infračerveného spektrometru, kde z bolometrického čidla lezl signál o velikosti desítek nV. Měřené IR záření se rozčoprovalo mechanickou clonkou (cca 10Hz) a dopadalo na termoelektrický převodník. Za termopřevodníkem bylo hádejte co, laděný impedanční transformátor 1:100 a elektronkový zesilovač, v podstatě to byl přímo zesilující přijímač na 10Hz. Pokud by byla potřeba provádět konduktometrii přesně, dala by se i v dřevní době použít můstková metoda, střídavý můstek uměli i tenkrát a vyladit na nulu se uměl i hodně slabý signál. Spíš si myslím, že snaha byla jít co nejjednodušší cestou a tou je stejnosměrný votmetr.

7 kolemjdoucí kolemjdoucí | 30. října 2014 v 15:35

[1]:

1. Nebude mít vhodné pH
2. Bude hůř rozpouštět a odplavovat z těla škodliviny

8 Dalík Dalík | 30. října 2014 v 15:54

7: tak pH s vodivostí úplně nesouvisí, lze namíchat 7 i při velmi vysoké vodivosti, příkladem jsou horké prameny jedněch populárních lázní.

Ale pít furt minerálku holt není dobré. Nicméně jsem celé mládí na žízeň nic jiného než Matonku nepil a nic mi zatím není. Ale vařit se z toho nedá.

9 Dalik Dalik | 30. října 2014 v 15:57

5: pochopil jste to správně? O žádném kondenzátoru v měřicím obvodu není myslím řeč.

10 Dalík Dalík | 30. října 2014 v 15:59

Vyjádření odborníku je zde:
Měření vodivosti neříká nic ani o obsahu škodlivých látek ani o obsahu zdraví prospěšných látek ve vodě a bez podrobné analýzy vody je jen nevýznamným technickým ukazatelem.

http://www.szu.cz/centrum-hygieny-zivotniho-prostredi/lze-konduktometrem-zjistit-nezavadnost-vody

11 petr-kubac petr-kubac | 30. října 2014 v 18:25

[10]: Odpovím příměrem-  s vodivostí pitné vody je to jako s auty - potlučené a rezavé stále ještě může být spolehlívé a bezpečné, ale vysoká vodivost pitné vody z povrchového zdroje způsobuje jisté podezření (a ledvínové kameny)

12 m.marianek m.marianek | 30. října 2014 v 19:25

[9]: Pochopil jsem to tak, že jednu elektrodu kondenzátoru odbrousíte (nebo odleptáte), tou odbroušenou plochou přiložíte na hladinu kapaliny a z neodbroušené elektrody odebíráte signál. Pak máte kapalinu jako jednu elektrodu kondenzátoru, keramiku jako dielektrikum a kovovou elektrodu na kterou se připojujeme jako druhou elektrodu kondenzátoru. Pokud ta keramika nevede proud jiným (mě neznámým) způsobem, než polarizací dielektrika, tak je tam kondenzátor jak vyšitý. Možná jsem vás prve nepochopil, možná se zde uplatňuje nějaký jev o kterém nevím, netvrdím, že mám patent na rozum. Každopádně doufám, že diskuzní příspěvky fungují právě pro to, abychom se něco dozvěděli, takže pokud znáte fígl, který neznám, honem sem s ním ať neumřu blbej.

13 RXD RXD | 31. října 2014 v 11:49

V padesátých letech minulého století byla mezi chemiky oblíbené tzv. "vysokofrekvenční titrace" což znamená v podstatě bezkontaktní  měření vodivosti roztoku v kádince pomocí vnějšího kondenzátoru malé kapacity. Vyráběla to firma Orion, a existovalo to většinou v elektronkové verzi. Chodilo to na kmitočtech asi 60 - 200 MHz. Pokud by to zájemce chtěl udělat dnes, vezme si nějakou kostičku TXO / 60 MHz/, vykostěnou  ze staré  počítačové desky, k tomu dá hradlo a vedle negaci hradla, a z výstupů vede přes třeba zkumavku se dvěma závity nahoře a dole jako kondenzátor na grec z nějakých rychlejších diod, a v něm mikroampérmetr. Pokud do zkumavky nalejeme vodu, mikroampérmetr ukazuje protékající proud, úměrný vodivosti. Je to nutno jen ocejchovat, a dodržet při měření stejnou teplotu. Měří se s tím krásně i průtokově, jako třeba detektor k chromatografické koloně, a nebo různé fyzikální efekty, z nichž nejvíc se mi líbilo, jak voda, když zmrzne, prakticky ztratí dielektrickou konstantu. / z 98 na tak pět až deset.../.

14 rvx73 rvx73 | 31. října 2014 v 15:33

zajímavá diskuse (palec hore)

15 RXD RXD | 2. listopadu 2014 v 12:09

Konduktometrie brambory: Vykašleme se na zkumavku, a dáme kapacitní elektrody na bramboru.
- Brambora pozná, kdy je den a noc
- -"- když přijdeme do místnosti
- -"- přicházející bouřku
- -"- když zapneme ústřední topení
- -"- mnoho dalších věcí, z nichž některé ani nedovedeme identifikovat.

Měřicí kmitočet asi 60 MHz, jedna z elektrod do místa "klíčku", druhá naproti.

16 kolemjdoucí kolemjdoucí | 5. listopadu 2014 v 0:33

[15]: A není to spíš konduktometrie Barbory (nebo jiné příslušnice něžného pokolení)?

17 m.marianek m.marianek | 6. listopadu 2014 v 8:30

[16]: Děláte věci polovičatě, pokud už manipulujete s písmeny ve slově "brambora", musíte pro zachování vyváženosti upravit i slovo konduktometrie a to prohozením písmen "o" a "u", pak bude vaše otázka dávat smysl :-D.

18 vladimír šmídl vladimír šmídl | E-mail | 15. července 2015 v 3:59

Ještě o několik řádů se naměří komduktometricky u vody pro polovodičovou výrobu. Tam to jde tak daleko, že do 6 hodin od výroby se musí voda spotřebovat a to ještě musí být v černém polyethylénovém potrubí. Jinak působením světla se namnoží bakterie, které při soudobých rozměrech struktur můžou zbourat technologii.Kde se tam berou, to by mohl vysvětlit možná nějaký biochemik, technologové  mají sklon věřit  spíš na samoplození.

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama