导电率传感器
传感器通过电极之间的电流来测量溶液导电的能力。在溶液中,电流通过离子来传输。所以,溶液离子浓度越高导电能力就越强。
传感器实际上是在测量导电系数,其定义为:电阻的倒数。电阻单位为欧姆,导电系数国际标准单位就为 siemens。由于 siemens 是非常大的单位,所以水样本一般用μS为单位。传感器测量的是导电系数,但我们通常对溶液的导电率更感兴趣。导电率C可用以下公式获得:
C = G • kc
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kc = d / A
这里 d 是电极之间的距离,A是电极的表面积。
如右图:kc = d / A = 1.0 公分 / 1.0 公分2=1.0 公分-1。导电率就是导电系数与kc的乘积。因为此传感器的 kc 为 1.0 公分-1,所以导电率与导电系数在数值上是相同的。溶液的导电系数为 1000 μS 的话,则导电率C:
C = G • kc = (1000 μS) X (1.0公分-1) = 1000 μS/公分
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此外,附加交流电流,为阻止离子完全地移向两极。如右图:在交流电的每个周期中,随着电极极性的转换,离子流动方向也跟随著改变。这对防止传感器的电极发生电解和极化现象非常重要。所以测量导电率的溶液也不会搞乱。也大量减少还原氧化产品在相对无活动力的石墨电极上形成。
一个最常见的导电率传感器用途是测量一个水样品中的总溶解固体的浓度或 TDS。这是可能的因为溶液的导电率和浓度之间存在直接的关系,这关系一直保持到非常高的离子浓度。
(二)使用导电率传感器的一般步骤
1、将导电率传感器连接上界面合适的通道。
2、启动电脑上的数据采集软件。
3、程序将自动识别传感器并且加载默认的数据采集设置,准备采集数据。
4、使用导电率传感器进行测量
(1)用蒸馏水冲洗传感器顶部。也可以:如果你担心水滴会稀释或污染待测溶液,就仅仅只对电极进行干燥处理。
(2) 把传感器顶部插入待测样本溶液中。注意:确认电极已完全浸没在液体中。
(3) 轻轻地用传感器搅拌,等待电脑、计算器、或Palm等设备屏幕上的读数稳定下来。此步骤不需超过5到10秒的时间。
(4) 在下次测量前要用蒸馏水冲洗传感器的顶部的电极。
(5) 如果你处于低于15°C或高于30°C的温度中取读数,则要较长的时间等待温度补偿功能来调整和提供出稳定的导电率的读数来。
(三)使用时应注意的事项
1、不要把电极放入如:重油、甘油、乙醇等粘性的有机溶液中。也不要把电极放入如:戊烷或己烷等丙酮或无极的溶剂中。
2、导电率传感器的存放和维护
(1)当传感器使用结束后,很简单地用蒸馏水进行冲洗,并用纸巾或实验室用布进行干燥处理就可以存放了。
(2) 如果传感器表面有污垢,把它在有柔性清洁剂的水中浸15分钟。然后把它在稀释的酸溶液 (最好是0.1 mol•L-1盐酸或0.5 mol•L-1醋酸) 中浸15分钟。然后用蒸馏水冲洗。注意:要避免擦坏传感器电极的内部表面。
3、与其他传感器的配合
如果其他传感器与导电率传感器放进同一溶液中 (如:鱼缸或烧杯),而又同时连接到同一数据采集器 (如:LabPro),导电率传感器则会对其他传感器产生影响。产生这一现象的原因是:导电率传感器会在溶液中产生一个输出信号,而此信号可能会影响到其他传感器。
下列传感器与导电率传感器不能同时连接同一数据采集器且放进同一溶液中:
(1)溶解氧传感器
(2) pH传感器
(3) 直接接触的温度传感器
如果你确实希望与上述传感器同时使用,有下列方法供选择:
(4) 要同时得到导电率和溶解氧或导电率和pH值的读数,你可以把传感器分别连接2个不同的数据采集器。
(5) 不锈钢温度传感器使可以与导电率传感器同时使用的。
如果你把2个传感器连接在同一数据采集器上,就要使用它们各自的刻度。先把一个传感器放进水中读取数据,然后移开它接上另一个传感器读数据。
(四)使用范围
导电率传感器可以在野外或在实验室中用于测量溶液的导电率或溶液中的总离子浓度。它是最容易的溶液样本环境测试之一。虽然它不能告诉你正在测量的是什么离子,但它能快速地测定所有离子的总浓度。它能进行非常多样的测试或实验来测定溶解的离子总数量或含盐量的变化:让学生从本质上了解水溶液中物质的离子和分子状态的区别。
包括:1、弱酸和弱碱的强度的区别,或每个单位离子物质分解出来的离子的数量。
2、确定水溶液中导电率和离子浓度之间的直接关系。也能测定未知样本的浓度。
3、由二氧化碳的重碳酸盐离子的减少来测定水生植物光合作用所引起的导电率的变化。
4、定点监测河流或湖水中的总溶解固体的数量 (TDS)。
5、利用由离子的生成或消耗导致导电率变化来监测化学反应的速度。
6、测定离子透过膜,如:透析管的速度。
7、在有水生动植物生长的鱼缸中监测导电率的变化或总溶解固体的数量。这些变化是由光合作用或呼吸作用引起的。