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Conductividad Experimentos escolares
Descripción práctica de cómo medir la conductividad
Entorno de laboratorio
Guía para la medición de ladeconductividad Experiencia de las leyes las ciencias Teoría y práctica de la conductividad naturales “en directo”: aprenda fácilmente
Contenido
1 Introducción
5
2 Teoría 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 Celda de conductividad de 2 polos 2.5.2 Celda de conductividad de 4 polos 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 Ninguna 2.7 Interferencia de la medición de 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
6 6 6 8 8 10 11 13 14 14 16 17 20 21 23 24 25 27 27 28 28 28
3 Código de prácticas recomendadas 3.1 Calibración y verificación 3.2 Consejos de uso de las soluciones estándares 3.3 Medición 3.4 Mediciones de baja conductividad
29 30 33 34 34
1
Contenido 2
3.5 3.6
Mantenimiento y almacenamiento Aplicaciones específicas 3.6.1 TDS 3.6.2 Mediciones de concentración 3.6.3 Salinidad 3.6.4 Agua ultrapura 3.6.5 Resistividad 3.6.6 Ceniza conductimétrica 3.6.7 Bioetanol
36 37 37 39 41 42 46 46 47
4
Preguntas frecuentes
49
5 Glosario
52
6 Apéndice 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
55 55 56 58
3
4
Introducción
1. Introducción En la práctica, la conductividad eléctrica se ha medido durante más de 100 años y, todavía hoy, sigue siendo un parámetro analítico importante y muy usado. La alta fiabilidad, sensibilidad, rápida respuesta y coste relativamente bajo del equipo hacen de la conductividad una herramienta valiosa y fácil de usar para controlar la calidad. La conductividad eléctrica es un parámetro de suma no específico sobre 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 tipos diferentes de agua (agua pura, agua potable, agua natural, agua procesada, etc.) y otros disolventes. También se usa para determinar las concentraciones de productos químicos conductivos. Esta guía ofrece todo el conocimiento básico importante necesario para comprender bien la medición de la conductividad. Asimismo, se tratan todos los factores importantes que afectan a la medición y las causas posibles de los errores. Este folleto no está limitado a aspectos teóricos. También contiene una parte práctica importante con tutoriales paso a paso y directrices para realizar calibraciones y mediciones fiables, descripciones de aplicaciones específicas y una sección con respuestas a preguntas frecuentes. El objetivo principal de esta guía de conductividad es difundir el conocimiento y una mejor comprensión de esta técnica analítica, que logrará la obtención de resultados más fiables y exactos.
5
Teoría
2. Teoría 2.1 Conductividad eléctrica: Información básica
La conductividad eléctrica es la capacidad de un material de 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, y que se conocen como electrolitos. La ionización se produce mediante la disolución en un disolvente polar (como el agua) o a través de la fusión.
2.2 Definición de Según la ley de Ohm (1), la tensión (V) definida en una solución es a laGuide: corriente que circula (I): conductividad Formelnproporcional Conductivity
1. V R I
(1)
R = Resistencia (ohm, Ω) V 2. VR = Tensión (voltio, V) I I = Corriente (amperio, A)
1 La resistencia (R) es una constante de proporcionalidad y puede 3. G calcularse R con el flujo de corriente medido si se aplica una tensión determinada: 6
4. K
l A
Formeln Conductivity Guide: 1. V R I Formeln Conductivity Guide: 1. V V R I 2. R
(2)
I V 2. R La conductancia (G) se define como la propiedad inversa de la I1 3. G resistencia: R 1 3. G (3) Rl 4. K A G = Conductancia (siemens, S) l Formeln Conductivity Guide: 4. K Para medir o la conductancia de una muestra, se A l la resistencia 5. requiere GK 1. V laIAllamada celda de medición. La celda de medición consta G R de al menos dos polos con carga opuesta. El término “electrodo” se l usa 5. como G sinónimo G Kde polo y los polos juntos forman una celda de V 6. ZLai celda 2. R ciA i medición. y el cuerpo aislante que la mantiene unida se Ii llaman sensor.
6. ci Z i i 1i La lectura depende de la geometría de la celda de medición, que se 3. GConductivity T Formeln Guide: describe con la constante de celda (K). Este es el cociente de distancia 7. Tref R (l) y área (A) de los polos: 1. V R 1I 100% (T Tref ) T l 7. 4. KTref (4)
VA 1
(T Tref )
T 1% ) 100% 2. R ( T 2 100 8. -1 K = Constante I (T Tde) celda T 1 (cm ) 2 1 l = Distancia entre los electrodos (cm) l 5. G K % (T 2de TG 1 ) 100transversal A = Área la sección efectiva del electrolito entre los 8. 1 A (T2(cm T T 11413 S / cm) 100% S21)/)cm 3. G (1698 electrodos R
(35 C 25 C ) 1413 S / cm
2.017 % / C
6. ci Z i i puede transformarse en la conductividad Laconductancia (i1698 S / cm 1413 S / cm) 100% l 2.017 % / de C la celda estandarizada (κ), que es independiente de la configuración 4. K 1996 / cm S / cm (35 C 25 C )S1413 de medición. Para ello, se multiplica la conductancia por la constante Tref A 1422 S / cm 2.017 % / C de celda:1 ( 45 C 25 C ) % T 100 7. Tref S / cm 1996 Tref l 1422 S / cm 5. G 1 2.017 G % K(/TC (5) Tref ) 1 ( 45 C 25 C ) A 100% % 9. 25C f 25 (T )100 T κ = Conductancia (S/cm) ) 100% 6. ( Tc2i Zi 8. 25C f 25 (TiT)1 T 9. 10. 20C i (T225CT1 ) T 1
1.116
C 10. 20C(1698 25 S / cm T 1413 S / cm) 100% 2.017 % / C 1.116 TDS 7.
7
Teoría 2.3 Conductividad de las soluciones
Los disolventes puros no son conductores y, por lo tanto, disponen de una conductividad cercana al valor cero. Solo los sólidos disueltos con enlaces iónicos o muy polares permiten que la solución pueda conducir la electricidad. El impacto de los iones disueltos se describe en la sección 2.3.1. El agua totalmente pura contiene algunos iones y, por lo tanto, es conductora de la electricidad. Este efecto es consecuencia de la autoionización del agua y se describe en la sección 2.3.2.
2.3.1 Iones disueltos
La disolución de sólidos y la formación de iones se conoce como disociación electrolítica. Es imprescindible que pueda conducirse la electricidad en el disolvente. Algunos ejemplos de disociación electrolítica son los siguientes: NaCl ➝ Na+ + ClHCl ➝ H+ + ClCH3COOH ➝ CH3COO- + H+ Formeln Conductivity Guide: Se realiza 1. V R Iuna distinción entre los electrolitos fuertes y débiles. Los electrolitos fuertes como el cloruro sódico se disocian por completo para formar iones de sodio y cloruro. En cambio, los electrolitos débiles V 2. como R ácido acético no se disocian completamente. Esto significa que la I electrolítica contiene acetato iónico (CH3COO-) y protones (H+), solución y también ácido acético no iónico (CH3COOH).
1
3. La G disociación depende en gran medida de la temperatura y es R posible cuantificarla con la tasa de disociación o la constante de disociación. Solo las partes iónicas disociadas son pertinentes para la l 4. conductividad. K
A
La contribución de un ion a la conductividad depende de su concentración, su carga y su movilidad. La conductividad de una l 5. G puede Gexpresarse K muestra como una función de concentraciones de A iones disueltos y sus propiedades electroquímicas:
6.
c Z i
i
i
i
(6)
c = Concentración [mol/l] Z = Número de carga equivalente = Conductancia [S*cm2/moL] T 7. Tref
1
8
(
100%
(T Tref )
) 100%
La conductancia equivalente es un atributo específico de cada tipo de ion. No solo depende del tipo de ion, sino también de la concentración y la temperatura. Conductancia equivalente (25 °C, en H2O, dilución muy alta) Cationes
[S*cm2/mol]
+
Aniones
349,8
H
OH
[S*cm2/mol]
-
198,6
+
-
Li
38,7
Cl
Na+
50,1
HCO3-
44,5
NH4+
73,4
½ CO32-
69,3
2+
½ Mg
53,1
NO3
-
71,5
½ Ca2+
59,5
½ SO42-
80,0
76,4
Tabla 1: Conductancia equivalente de distintos tipos de iones
La conductancia equivalente aumenta con el número de carga y disminuye con el tamaño. Los valores esperados pueden variar de los valores medidos, que se indican en la tabla 1. Por ejemplo, el ion de litio pequeño es mucho menos conductivo que el ion de amonio más grande. Esto ocurre porque el tamaño del ion solvatado, y no el del ion, es el factor determinante. Un ion más pequeño y muy cargado puede atraer más moléculas de agua y acumular una cubierta de solvatación mayor que un ion más grande y menos cargado. También destaca la alta conductancia de un protón (H+) y del hidróxido (OH-). El mecanismo de transporte de estos dos iones no se basa en la migración iónica. Los protones pueden transferirse fácilmente del hidronio (H3O+) al H2O circundante o del H2O al hidróxido (OH-). La carga se transporta principalmente por el intercambio rápido de electrones y no a través de + + H H H H H H la migración más lenta de iones (consulte la figura 1). O O O O H
+
O
H H
H O H
-
H
-
O
H
H
O
H H
H
O
O
H
H H
H
H O
H
+
H
H
H
H H
H
H H
H
H
O
O
O
O
H
H
-
Figura 1: O Mecanismo de carga Ode protones O de transporte O O e hidróxidos
H
H
H
H
H 9
Teoría
Como ya se ha comentado, la conductancia equivalente no es un valor fijo. Con el aumento de la concentración, la conductancia equivalente disminuye, ya que se produce un aumento de las interferencias de los iones que se mueven en sentido contrario. En caso de que existan electrolitos débiles, la conductancia equivalente también disminuye debido a una tasa de disociación menor con concentraciones mayores. La temperatura afecta a la conductancia equivalente de una manera diferente. Una temperatura superior aumenta el movimiento de las partículas y disminuye la viscosidad del disolvente. Esto se traduce en una mayor movilidad de los iones y en una conductividad más alta. En caso de que existan electrolitos débiles, una temperatura más alta aumenta la tasa de disociación y, por consiguiente, aumenta también la conductividad. La conductividad de una solución depende de parámetros diferentes, que interactúan de formas diversas. Los parámetros importantes de la conductividad pueden resumirse del siguiente modo: • Tipo de electrolito disuelto (carga iónica, radio iónico y movilidad iónica) • Concentración del electrolito disuelto • Grado de disociación del electrolito • Disolvente (viscosidad y permitividad) • Temperatura 2.3.2 Autoionización del agua
Las partes iónicas de un disolvente que aumentan la conductividad de una solución no son siempre sustancias externas. También puede producirlas el propio disolvente. Un ejemplo es el agua pura sin impurezas, que tiene una conductividad de 0,055 µS/cm. La conductividad se debe a la presencia de hidronio (H3O+) e hidróxido (OH-) que se generan mediante la autoionización del agua. El equilibrio de esta reacción está claramente del lado del agua y solo dos de cada mil millones de moléculas de agua se encuentran en configuración iónica. La influencia de la autoionización es bastante insignificante, pero debe tenerse en cuenta para las mediciones de agua pura. H
O H
H
O
H
H
Figura 2: Autoionización del agua
10
O H
+
H
O H
-
2.4 Principio de medición
Básicamente, una celda de medición de la conductividad consta de un par de electrodos, los llamados polos, a los que se aplica tensión. El medidor cuantifica la corriente de flujo y calcula la conductividad (consulte la sección 2.2). Esta es una forma muy simplificada de explicar el principio de medición. En realidad, hay varios aspectos importantes que se deben tener en cuenta.
Figura 3: Configuración esquemática de una celda de medición de la conductividad
Cuando se aplica corriente continua (CC) a los electrodos, los iones con carga positiva (cationes) se desplazan hasta el electrodo con carga negativa (cátodo). De la misma forma, los iones con carga negativa (aniones) se mueven en sentido inverso hasta el electrodo con carga positiva (ánodo) (consulte la figura 3). Esto puede causar una acumulación de iones cerca de la superficie del electrodo, así como reacciones químicas. Esta electrolisis afecta a la composición de la solución y, por consiguiente, afecta también a la conductividad. Para evitar reacciones electrolíticas no deseadas, se usa corriente alterna (CA) en la medición de la conductividad. Con la corriente alterna, los iones no se desplazan en una dirección si no que oscilan con el ritmo de la frecuencia aplicada sobre sus posiciones (consulte la figura 4).
Figura 4: Distinta migración de iones cuando se aplica CC o CA a la celda de medición
11
Teoría
No obstante, el uso de CA no elimina por completo la acumulación de iones. Todos los efectos que se producen en la superficie límite del sensor y de la solución cuando se aplica corriente eléctrica se resumen como polarización. La principal causa es la formación de una doble capa que afecta a la movilidad de los iones. Esta capa tiene el mismo efecto que la contaminación de la superficie del electrodo y provoca una resistencia adicional. Los efectos de la polarización afectan de forma negativa a la medición de muestras con concentración electrolítica de nivel medio a alto y limitan la linealidad en el nivel más alto de la escala (consulte la figura 5). Los efectos de la polarización pueden reducirse o prevenirse de la siguiente forma: • Ajustar la frecuencia de medición: Cuanto mayor sea la frecuencia de medición, menor será el tiempo que tendrán los iones para acumularse en un electrodo y formar una doble capa. Usar una frecuencia de medición alta minimiza la influencia de los efectos de la polarización. • Optimizar la superficie del electrodo: Al aumentar el área de la superficie del electrodo, la densidad de la corriente disminuye y, por consiguiente, disminuyen también los efectos de la polarización (consulte la sección 2.5.3). • Usar una celda de conductividad de 4 polos: Este tipo de celda de conductividad no se ve afectada por los efectos de la polarización (consulte la sección 2.5.2).
Figura 5: Impacto negativo de la polarización y la capacitancia en la lectura de conductividad
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La linealidad al otro extremo de la escala se ve limitada por el impacto de la capacitancia (consulte la figura 5). Dos electrodos en un medio no conductivo se comportan como un condensador. Cuando se aplica CC a estos electrodos, no puede fluir la electricidad. La resistencia capacitiva es infinitamente alta y la conductancia es cero. Sin embargo, cuando se aplica CA a los electrodos, la resistencia capacitiva se reduce y la conductancia aumenta proporcionalmente. La influencia de la capacitancia puede reducirse o prevenirse de la siguiente forma: • Ajustar la frecuencia de medición: Cuanto menor sea la frecuencia de medición, menor será el impacto de la capacitancia. • Usar una celda de conductividad con capacitancia baja: Cuanto menor sea el área (A) del electrodo y mayor la distancia (l) entre los electrodos, más baja será la capacitancia. Sin embargo, no se trata de una opción porque, para las mediciones en un área de conductividad baja, se requieren celdas con una constante de celda baja (área de electrodo grande y distancia entre electrodos pequeña). En algunas situaciones, la capacitancia del cable entre los electrodos y el circuito de medición puede ser más significativa y debe minimizarse o compensarse con el diseño del equipo. La frecuencia de medición óptima depende del rango de medición. Por lo tanto, la frecuencia debe adaptarse a la conductividad de la muestra. En general, se aplican frecuencias bajas a conductividades bajas, en las que los efectos de la polarización son insignificantes. Las frecuencias altas se aplican a conductividades altas lo que permite la disminución de los efectos de la polarización. Los conductivímetros de última generación ajustan la frecuencia de medición automáticamente. El algoritmo que se usa para ajustar la frecuencia de medición varía entre los fabricantes de conductivímetros. 2.5 Sensor de conductividad
Dada la diversidad de aplicaciones, no es de extrañar que no haya ninguna tecnología de medición ideal para cada situación. Las tres tecnologías siguientes están consolidadas en el mercado: • Celda de conductividad de 2 polos • Celda de conductividad de 4 polos • Celda de medición de la conductividad inductiva
13
Teoría
Las celdas de medición inductivas se usan principalmente para mediciones en línea del control de procesos de instalaciones industriales. Por ese motivo, solo se tratarán las celdas de conductividad de 2 y 4 polos en las siguientes secciones. 2.5.1 Celda de conductividad de 2 polos
Las celdas de conductividad de 2 polos clásicas se componen de dos placas. Normalmente, las placas están rodeadas por un tubo exterior que las protege de daños mecánicos y que reduce los errores provocados por los efectos de campo (consulte la figura 6). También existen otros diseños de celdas de 2 polos. Otro tipo de construcción que se suele usar es un pin rodeado por el segundo electrodo (consulte la figura 6). Estos sensores se fabrican a partir de materiales sólidos como el acero inoxidable o el titanio y son mucho menos sensibles a los daños mecánicos. La sencilla configuración de una celda de 2 polos permite la construcción de celdas de medición miniaturizadas. Estos microsensores también permiten la medición de cantidades más pequeñas de muestras.
Figura 6: Esquemas de una celda de conductividad de 2 polos
La resistencia de la celda de conductividad de 2 polos permite medir la baja conductividad con gran exactitud. Un rango de medición típico va desde 0,001 µS/cm hasta 1000 µS/cm. Las principales aplicaciones de una celda de 2 polos son la medición de conductividad del agua pura, de soluciones acuosas muy diluidas y de soluciones no acuosas. 2.5.2 Celda de conductividad de 4 polos
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Este nuevo avance de la celda de conductividad funciona con un par de electrodos adicional (consulte la figura 7). Hay cuatro diseños distintos de celda de 4 polos, pero el principio de funcionamiento es siempre el mismo:
• Los polos exteriores son los polos de corriente a los que se aplica CA. Circulan de la misma forma que los sensores de 2 polos. Los polos de medición interiores se encuentran en el campo eléctrico de los polos de corriente y se encargan de medir la tensión mediante un amplificador de alta impedancia. El flujo de corriente a través de los polos exteriores y de la solución puede medirse con exactitud mediante el circuito. Si se conocen la tensión en los polos interiores y la corriente, es posible calcular la resistencia y la conductancia. Para obtener la conductividad, debe multiplicarse la conductancia por la constante de celda de los polos interiores (consulte la sección 2.2). La ventaja de los sensores de 4 polos reside en que hay muy poco flujo de corriente en los polos interiores donde se realiza la medición. De este modo, no se producen efectos de polarización que afecten a la medición. La celda de conductividad de 4 polos también es menos sensible a los errores de medición a causa del ensuciamiento.
Figura 7: Esquemas de una celda de conductividad de 4 polos
La resistencia de una celda de conductividad de 4 polos permite medir la conductividad en un amplio rango de medición que va desde 10 µS/cm hasta 1000 mS/cm con una linealidad excelente. Las principales aplicaciones de este tipo de sensor son las mediciones de conductividad de rango medio ampliado como la que se encuentra en el agua del mar, el agua residual, o las bases o ácidos diluidos.
15
Teoría
Celda de 2 polos
Celda de 4 polos
• Gran exactitud con conductividades bajas.
• Los efectos de polarización no influyen en la medición de muestras de alta conductividad y, por lo tanto, son adecuados para mediciones de alta conductividad.
• La fácil configuración de la celda permite la creación de una celda miniaturizada para medir también muestras pequeñas.
• Buena linealidad sobre un rango muy amplio de conductividad (varias décadas). • Menos afectada por la contaminación de la superficie.
Tabla 2: Ventajas de celdas de 2 polos y de 4 polos
2.5.3 Material
Para fabricar las celdas de conductividad se usan materiales diferentes. Algunos de los materiales aptos para los electrodos son el platino, el platino platinizado, el grafito, el acero inoxidable y el titanio, mientras que el epoxi y el vidrio se suelen usar como material del eje. Con el acero y el titanio también es posible fabricar electrodos y ejes en una sola pieza. Algunas de las características importantes de los materiales usados son las siguientes: • Resistencia a sustancias químicas • Resistencia mecánica • Resistencia a la polarización • Efecto de transferencia Las reacciones químicas entre el material del sensor (especialmente los electrodos) y la muestra no son nada aconsejables, ya que pueden producir mediciones incorrectas y un cambio permanente de la celda. Asimismo, los problemas mecánicos pueden destruir la celda. Los electrodos fabricados a partir de un material con una resistencia mecánica baja como el platino o el grafito suelen rodearse de un material más sólido que haga que el electrodo sea menos sensible a los daños mecánicos.
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La estructura superficial del electrodo afecta a la resistencia a la polarización. Las superficies porosas o ásperas tienen una resistencia de contacto más baja y, por tanto, un efecto de polarización reducido. Los electrodos de platino sin revestimiento tienen una resistencia muy alta; los electrodos de platino platinizado, la más baja. Las capas porosas como las de platino platinizado o grafito pueden absorber algunas partes de la muestra, lo que conlleva un efecto de transferencia y un tiempo de respuesta más prolongado si se miden soluciones con concentraciones distintas. Estos efectos son contrarios a la resistencia a la polarización del material del electrodo. En función de los requisitos, es posible escoger entre un material de electrodo con una baja resistencia a la polarización, un gran efecto de transferencia y un tiempo de respuesta prolongado, o un material de electrodo con una alta resistencia a la polarización, un efecto de transferencia reducido y un tiempo de respuesta breve. 2.5.4 Selección del sensor adecuado
La elección del sensor de conductividad correcto es un factor determinante para obtener resultados exactos y fiables. Como se ha mostrado en las secciones anteriores, los distintos tipos de construcción y materiales usados dan lugar a sensores con diversos puntos fuertes y puntos débiles. En consecuencia, no tiene sentido hablar de sensores buenos o malos. El sensor adecuado es aquel que mejor se ajuste a las necesidades de la aplicación. Un requisito básico es que no se produzcan reacciones químicas entre la muestra y el sensor. Para muestras reactivas químicamente, la mejor elección suele ser el vidrio y el platino, ya que cuentan con la mejor resistencia química de entre todos los materiales usados en las celdas habitualmente. Para la aplicación de campo, así como para numerosas aplicaciones de laboratorio, la estabilidad mecánica del sensor es un factor mucho más importante. A menudo, se usa un sensor de conductividad con una estructura de epoxi y electrodos de grafito, ya que se ha demostrado que resulta extremadamente duradero y que cuenta también con una buena resistencia química. Para soluciones acuosas y disolventes orgánicos poco reactivos, el uso de celdas de acero o titanio suele ser una buena alternativa.
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Teoría
El siguiente punto que debe tenerse en cuenta para seleccionar un sensor adecuado es la constante de celda y el tipo de construcción. Una constante de celda apropiada se correlaciona con la conductividad de la muestra. Cuanto más baja sea la conductividad esperada de la muestra, menor debe ser la constante de celda del sensor. La figura 8 muestra un conjunto de muestras y el rango de constantes de celda recomendado que debe usarse para la medición. Para decidirse entre una celda de 2 polos y una de 4 polos, puede usar la siguiente regla básica: para mediciones de conductividad baja, debe usarse una celda de 2 polos; para mediciones de conductividad media y alta, es preferible una celda de 4 polos, sobre todo para mediciones en un amplio rango de conductividad. En ocasiones, los estándares o normas contienen requisitos relativos al sensor de conductividad. Si una medición de conductividad se realiza conforme a uno de estos estándares, entonces el sensor escogido debe cumplir perfectamente todos los requisitos descritos.
Figura 8: Conjunto de muestras y constantes de celda recomendadas
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Bioetanol
Micro
Especialistas
Agua pura y alta precisión
Generalistas
Además, hay algunos sensores especiales con una constante de celda muy baja para una medición de gran precisión o con un diámetro de eje reducido que permiten llevar a cabo mediciones de conductividad en vasos de muestra pequeños. La tabla 3 ofrece una visión general de la gama de sensores de conductividad para laboratorio de METTLER TOLEDO. Para obtener más información, visite: www.electrodes.net Configuración Constante de celda
Rango de medición
Nombre del sensor
4 polos de platino eje de vidrio
0,80 cm-1
De 0,01 a 500 mS/cm
InLab® 710
4 polos de grafito eje epoxi
0,57 cm-1
De 0,01 a 1000 mS/cm
InLab® 731 InLab® 738
2 polos de titanio eje de titanio
0,01 cm-1
De 0,0001 a 1000 µS/cm
InLab® Trace
2 polos de acero eje de acero
0,105 cm-1
De 0,001 a 500 µS/cm
InLab® 741 InLab® 742
2 polos de platino eje de vidrio
0,06 cm-1
De 0,1 a 500 µS/cm
InLab® 720
2 polos de platino eje de vidrio
1,0 cm-1
De 0,01 a 100 mS/cm
InLab® 751-4 mm
2 polos de platino eje de vidrio
1,0 cm-1
De 0,01 a 112 mS/cm
InLab® 752-6 mm
2 polos de platino eje de vidrio
0,1 cm-1
De 0,1 a 500 µS/cm
InLab® 725
Tabla 3: Gama de sensores de conductividad de METTLER TOLEDO
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Teoría 2.6 Efectos de la temperatura
Las mediciones de conductividad dependen en gran medida de la temperatura. Conforme aumenta la temperatura de una muestra, se reduce la viscosidad de esta lo que produce un aumento de la movilidad de los iones. En consecuencia, aumenta también la conductividad observada de la muestra, si bien la concentración de iones permanece constante (consulte la sección 2.3.1). Cada resultado de conductividad debe especificarse con una temperatura, de lo contrario, será inservible. Por ejemplo, la conductividad de 0,01 molar de cloruro potásico a 20 °C es de 1278 µS/cm, pero a 25 °C es de 1413 µS/cm. Esto significa que no tiene sentido comparar las mediciones llevadas a cabo en la misma muestra, si es a temperaturas diferentes. Por este motivo, las lecturas aluden a una temperatura de referencia, que permite comparar los resultados. La temperatura de referencia suele ser de 25 °C, aunque en ocasiones también se usa la de 20 °C.
No toda la corrección de la temperatura es igual. La corrección de temperatura en las mediciones de conductividad no debe confundirse con la compensación de temperatura en las mediciones de pH. En una medición de conductividad, el valor de conductividad que se muestra es la conductividad calculada a la temperatura de referencia deseada. Por ello, se corrige el efecto de la temperatura de la muestra. Con la medición de pH, se muestra el pH a la temperatura real (por ejemplo, 27 °C). Aquí, la compensación de temperatura requiere la adaptación de la pendiente del electrodo de pH a la temperatura real que se mide. En este caso, se corrige el efecto de la temperatura del electrodo. Resulta poco eficaz ajustar la temperatura de todas las muestras a la temperatura de referencia con un costoso sistema de control de la temperatura. De ahí que, en la práctica, el conductivímetro mida la conductividad a la temperatura actual (por ejemplo, 27 °C) y convierta el valor de medición con los algoritmos de corrección de la temperatura seleccionados por el usuario para obtener la temperatura de referencia deseada. Dado que la medición de la conductividad y la medición de la temperatura están relacionadas, todos los sensores de conductividad 20
de METTLER TOLEDO cuentan con un sensor de temperatura integrado. La temperatura juega un papel fundamental en la determinación de la conductividad medida. Por ello, es importante conocer la dependencia de la temperatura (cambio en la conductividad según los °C) de la muestra medida. La dependencia de la temperatura de cada muestra es diferente y puede variar mucho a temperaturas y concentraciones de iones distintas. simplificar la compleja relación entre conductividad, temperatura FormelnPara Conductivity Guide: y concentración de iones, se han desarrollado distintos métodos de 1. V R I de la temperatura para ajustarse a las necesidades de los corrección usuarios: • Lineal V 2. • R No lineal I • Agua pura • Ninguna
1
3. G SegúnRla muestra en la que se mida la conductividad, se elegirá uno de los métodos indicados arriba. Para soluciones de conducción media a fuerte, se usa un modo lineal de corrección de la temperatura. El agua l 4. natural K tiene una dependencia de la temperatura más alta y, por tanto, se A recomienda el uso del modo de corrección no lineal. Para el agua pura, que tiene la mayor dependencia de la temperatura, METTLER TOLEDO ha desarrollado especialmente un algoritmo de agua pura único y de l 5. G G K gran exactitud que se basa en el amplio conocimiento y experiencia de A THORNTON, empresa líder en el análisis de agua ultrapura. Estos métodos de corrección de la temperatura se describen en las siguientes secciones. 6. ci Z i i
i
2.6.1 Corrección Para la corrección de la temperatura de soluciones con una conducción lineal de la media a alta, suele usarse la siguiente ecuación lineal: temperatura T 7. Tref (7)
1
100%
(T Tref )
Implica de%temperatura que expresa la variación de la ( el coeficiente T 1 ) 100 8. T 2 conductividad en %/°C. (T2 T1 ) T 1 Los valores se indican en la documentación o se determinan de manera experimental. Para la determinación empírica, se llevan a cabo dos mediciones de la conductividad, una
(1698 S / cm 1413 S / cm) 100% 2.017 % / C (35 C 25 C ) 1413 S / cm
1996 S / cm
21
I
5. G
Teoría
1
l GK A
3. G 6. R ci Z i i
i
Formeln Conductivity Guide: l 4. K 1. V RA I de la temperatura deT referencia y una segunda de la temperatura de 7. Tref la muestra. A continuación, se puede calcular el valor conforme a la 1 l (T Tref ) V siguiente ecuación (8): 5. G% K 2. R G A 100
I
(
) 100%
T2 T1 8. 6. 1 (cTi Z iTi ) 2 1 T1 3. G i
(8)
R
Ejemplo: Determinación delcoeficiente de% temperatura S / cm 1413 (1698 S / cm) 100 2.017 % / Cde la La conductividad deT la muestra se mide sin la compensación l (35 C 25 C ) 1413 S / cm 4. K 7. Tref temperatura ( = 0) a dos temperaturas diferentes (T1: temperatura de A
1 elegida yT2: (T Tref ) referencia temperatura real de la muestra). En el ejemplo, 100% Sde/ cm se usa una solución1996 de KCI 0,01 molar. Al medir, se obtienen los Tref l 1422 S / cm 2.017 % C 5. siguientes G 1valores G de K /conductividad: ( 45 C 25 C ) ( A T 1 ) 100%a 25 °C Medición 100% 8. T 2 1: 1413 μS/cm (T2: T1 ) T 1 a 35 °C Medición 1698 μS/cm 2
6. 25C cfi Z25i(Ti ) T 9.
(i1698 S / cm 1413 S / cm) 100% 2.017 % / C (35 C 25 C ) 1413 S / cm 10. 20C 25C T 1 7. Tref .116 A continuación, introducen estos valores en la ecuación (8) para S / cm se 1996 calcular 1422 S / cm coeficiente (Tdetemperatura. T ) Tref 1el 2.017 % / C ref 100 % TDS 1 (45C 25C ) 11. TDS factor : 100% Ejemplo: Corrección 25C lineal de la temperatura ( T 2 de T 1KCl ) 100 % Lasolución del ejemplo anterior se vuelve a medir y se obtienen 8. f 25 ( T ) 9. T ) 25siguientes C (T T los resultados: 2 1 T1
Medición 3: 1996 μS/cm a 45 °C
S / cm 1413 S / cm) 100% (1698
25C 10. se 2.(25 °C) 017 % /con C la Este corrige a la temperatura de referencia 20 Cvalor 1(35 .116 C 25 C ) 1413 S / cm ecuación (7) y el valor calculado:
TDS1996 S / cm 1422 S / cm 25% 2.017 C / C 1 (45C 25C ) 100%
11. TDS Tref factor :
El valor corregido de 1422 μS/cm varía ligeramente del valor real T error se debe a que el valor de un electrolito 9. de251413 μS/cm. C f 25 (T ) Este 22
10. 20C
25C
1.116
no es constante. Depende de la concentración de un electrolito y la temperatura. Temp. [°C]
[%/C]
KCl a 0,001 mol/L
KCl a 0,01 mol/L
KCl a 0,1 mol/L
0
1,81
1,81
1,78
15
1,92
1,91
1,88
35
2,04
2,02
2,03
45
2,08
2,06
2,02
100
2,27
2,22
2,14
Tabla 4: Dependencia del valor de las soluciones de KCl en la concentración y la temperatura para Tref = 25 °C.
Como muestra la tabla 4, el valor varía a diferentes temperaturas. Por lo tanto, el valor debe determinarse en un rango de temperatura similar a la temperatura de la muestra. Para mediciones en un amplio rango de temperatura, el enfoque típico es usar un coeficiente medio. Una opción para determinar el valor medio es usar el método de mínimos cuadrados para ajustar la línea recta a los datos. La tabla 5 indica los coeficientes de temperatura típicos de distintas muestras. Muestra
Coeficiente de temperatura (%/°C)
Ácidos
1,0 – 1,6
Bases
1,8 – 2,2
Sales
2,2 – 3,0
Agua potable
2,0
Agua pura
2,3 – 7,4
Tabla 5: Coeficientes de temperatura típica de diversos grupos de sustancias
2.6.2 Corrección no lineal
Para muestras acuosas, las funciones no lineales son más apropiadas para la corrección de la temperatura que el modo lineal de corrección de la temperatura. Para aguas naturales como el agua subterránea, el agua superficial, el agua potable y el agua residual, lo más importante es una función no lineal. 23
Teoría
8.
i T2
T1
(T2 T1 ) T 1
1698 S / cmT 1413 S / cm) 100% 7. Tref (
1(35 C 25(TC)Tref1413 ) S / cm 100%
2.017 % / C
1996 S / cm
( T 1 ) 100descrito % Tref 1422 SISO/DIN / cm 7888. La El modo se define en elestándar 8. T 2de 2corrección .017 % / C 1 ( 45 C 25 C ) conductividad medida a la temperatura de la muestra ( (T2 T1 ) T 1 T ) se corrige a 100% 25 °C para obtener 25 °C mediante el uso de la siguiente ecuación:
S / cm) 100% (1698 S / cm 1413 (9) 2.017 % / C (35 C 25 C ) 1413 S / cm
25C f 25 (T ) T 9.
f25(T) es el factor de corrección de la temperatura que se usa para el ajuste 25C de conductividad del agua natural desde la temperatura de20los valores 10. 1996 S / cm C 1.116(T) hasta la temperatura de referencia 1422(25 °C). S / cm El modo deTref la muestra 2.017 % / C 1 no lineal funciona (45aCun 25 C )de temperatura de 0 °C a de corrección rango 100% 35,9 °C. Todos TDS los factores de corrección usados se almacenan en el factor : de METTLER TOLEDO y se indican en el apéndice de la 11. TDS conductivímetro C f 25 (Para T ) 25 9. sección obtener los resultados con una temperatura de referencia 25C 6.1. T de 20 °C, el resultado corregido debe dividirse entre 1,116:
10. 20C
25C
1.116
(10)
Como se muestra en la tabla 5, el coeficiente de temperatura del agua pura varíaTDS mucho. El motivo principal es que la autoionización de 11. TDS factor : las moléculas de es más dependiente de la temperatura que la 25agua C conductividad provocada por otros iones. Dado que en las muestras de agua pura casi no existen iones contaminantes, el valor se ve afectado principalmente por la autoionización del agua. En otras muestras, la concentración de iones contaminantes es muchas veces mayor que la concentración de iones procedentes de la autoionización del agua. De este modo, la alta dependencia de la temperatura se suprime y el valor pasa a ser más lineal.
2.6.3 Agua pura
La corrección exacta de la temperatura en agua pura es una tarea difícil. Se puede asumir que al conductividad es la suma del agua (autoionización) y la conductividad provocada por las impurezas iónicas. La figura 9 muestra la funcionalidad esquemática de cómo funciona la compensación de la temperatura del agua pura. El punto 1 es la conductividad medida a 80 °C de la muestra con una concentración de cloruro sódico de 100 µg/L. El conductivímetro resta la conductividad intrínseca del agua a este valor y se obtiene la conductividad que se origina del cloruro sódico (punto 2). En el siguiente paso, el conductivímetro convierte la conductividad del cloruro sódico a 80 °C en la conductividad del cloruro sódico a 25 °C (punto 3). 24
Para terminar, el medidor añade la conductividad del agua a 25 °C y la conductividad del cloruro sódico a 25 °C para obtener la conductividad corregida de la muestra (punto 4).
Figura 9: Funcionalidad esquemática de la corrección de temperatura de agua pura con una impureza de cloruro sódico de 100 µg/L.
Puesto que solo hay un tipo de impureza en el ejemplo, la corrección indicada parece bastante sencilla. En realidad, la situación es mucho más compleja, ya que hay muchos tipos distintos de impureza en concentraciones diferentes y cada una de ellas con su propio comportamiento respecto a la temperatura. Para lograr una corrección de la temperatura exacta en el agua pura, METTLER TOLEDO ha implementado un modo de corrección único en el conductivímetro de primera calidad, que se basa en un algoritmo desarrollado por THORNTON, empresa líder del sector en el análisis de agua pura con muchos años de experiencia demostrada. Este modo de agua pura compensa los valores de conductividad en el rango que va de 0,005 a 5,00 μS/cm y en un rango de temperatura de 0 °C a 50 °C hasta la temperatura de referencia de 25 °C. Cuando la lectura de conductividad supera el valor 5,00 μS/cm en el modo de agua pura, el algoritmo se integra en un modo de compensación lineal con = 2,00%/°C. 2.6.4 Ninguna
Cada resultado de temperatura corregido se carga con posibles errores provocados por la corrección de la temperatura. Cuanto mejor sea el modo de corrección de la temperatura, menor será el error. La única 25
Teoría
forma de eliminar estos errores es no usar ningún modo de corrección de la temperatura. En su lugar, la temperatura de la muestra debe ajustarse a la temperatura de referencia necesaria, lo que requiere tiempo y equipo adicional. Hay algunos estándares, como USP , que prohíben el uso de métodos de corrección de la temperatura y que, en su lugar, estipulan mediciones de conductividad sin corregir. Para mediciones conformes a estos estándares, el modo de corrección de la temperatura debe desconectarse. Normalmente, en los conductivímetros que solo tienen un modo lineal de corrección de la temperatura, no es posible desactivarlo. No obstante, con el uso de un valor de 0%/°C, el modo lineal de temperatura se comporta como si estuviera desactivado. La tabla 6 ofrece una visión general de la gama de conductivímetros para laboratorio de METTLER TOLEDO y de los modos de corrección de la temperatura compatibles. Ninguna SevenExcellence S700, S470,… SevenCompact S230 SevenGo Duo pro SG78 SevenGo pro SG7 FiveEasy FE30, FEP30 FiveGo FG3
Lineal
No lineal
Agua pura
Tabla 6: Modo de corrección de la temperatura compatible de los conductivímetros de METTLER TOLEDO.
26
2.7 Interferencias con la medición de conductividad 2.7.1 Disolución de sustancias gaseosas
Las mediciones de conductividad pueden verse afectadas por varios factores. Los cuatro factores más importantes se tratarán en este capítulo. Además de las sustancias sólidas y líquidas, también es posible disolver sustancias gaseosas en la muestra y formar compuestos iónicos que afectan a la medición de la conductividad. El dióxido de carbono (CO2) es el único gas en aire ambiente normal que puede afectar de manera significativa a la medición de la conductividad. En el agua, el dióxido de carbono disuelto forma ácido carbónico (H2CO3) que se disocia en un primer paso a carbonato de hidrógeno (HCO32-) y en un segundo paso a carbonato (CO32-) (consulte la figura 10). El equilibrio de la reacción de dióxido de carbono es más fuerte en el lado del CO2 y solo un 0,2% de las moléculas aproximadamente reacciona al ácido carbónico. En condiciones estándares, el impacto del dióxido de carbono puede aumentar la lectura de conductividad en aproximadamente un 1 µS/cm en total.
Figura 10: Disociación de dióxido de carbono en agua
En mediciones de baja conductividad ( 1 día): Seco Asegúrese de que los enchufes se mantienen limpios y sin humedad.
36
A diferencia de otros sensores electroquímicos como los sensores de pH, los sensores de conductividad no se estropean. Por lo tanto, la vida útil de un sensor de conductividad depende totalmente de su manipulación. Deben tenerse siempre en cuenta los siguientes tres puntos: 1. Para evitar daños estáticos en el medidor, evite tocar la celda de medición del sensor. Antes de la limpieza, desconecte siempre el sensor del medidor. 2. No use productos químicos agresivos ni materiales abrasivos para la limpieza. 3. No use el sensor fuera del rango de temperatura recomendado. Pueden producirse daños irreparables en el sensor. 3.6 Aplicaciones específicas 3.6.1 TDS
El total de sólidos disueltos (TDS) equivale al peso total de los sólidos (cationes, aniones y sustancias disueltas no disociadas) en un litro de agua (mg/L). Este parámetro suele usarse para el análisis de agua en áreas diferentes, por ejemplo, en el sector de la pasta y el papel, las torres de refrigeración, las calderas industriales y los ensayos medioambientales. La forma tradicional de determinar el TDS es mediante un método gravimétrico. Se evapora un volumen definido de una muestra en condiciones de laboratorio estrictas hasta secarse y, a continuación, se pesan los residuos restantes. Normalmente, este es el mejor método; sin embargo, requiere mucho tiempo. La conductividad ofrece una alternativa más rápida y sencilla de determinar el TDS. La lectura de conductividad puede convertirse a TDS al multiplicarla por un factor de TDS. Para obtener resultados fiables, deben tenerse en cuenta dos puntos importantes: • Solo los sólidos que producen iones al disolverse en agua pueden generar conductividad. Los sólidos que no producen iones, no afectan a la conductividad, pero sí al valor real de TDS de una solución. Esto puede comprobarse, por ejemplo, con dos tazas de café; una con azúcar y la otra sin azúcar. Ambas tienen la misma conductividad, pero el TDS de la taza de café con azúcar es unas 500 veces mayor. 37
Código de prácticas recomendadas
• Los pesos similares de distintos sólidos iónicos producen valores de conductividad diferentes. Sal
Equivalente de conductividad
Factor de TDS
NaCl
1 mg/L TDS = 2,04 µS/cm
0,49
Na2SO4
1 mg/L TDS = 1,49 µS/cm
0,67
CaSO4
1 mg/L TDS = 1,36 µS/cm
0,74
NaHCO3
1 mg/L TDS = 1,06 µS/cm
0,91
Tabla 8: Equivalente de conductividad y factor de TDS de diferentes sales
Debido a estos dos motivos, las mediciones de TDS fiables con el conductivímetro solo son posibles cuando la parte principal del sólido disuelto es iónica. Esto se aplica al agua natural y al agua tratada. Además, las mediciones de TDS son exactas siempre que la composición de las muestras varíe solo un poco.
ES:
El paso más complicado de una medición de TDS con un conductivímetro es definir el factor de TDS usado. Hay diferentes enfoques a este respecto: • Llevar a cabo una calibración con una solución estándar de TDS conocido o una muestra para la que se determinó el TDS de forma gravimétrica. El factor de TDS se calcula de la siguiente forma:
(11) factor de TDS :
TDS
25C
(11)
conductividad µS/cm) a 25 °C mediante un (12) La TDS (mg / L) medida factor (en de TDS se25corrige C modo de corrección de la temperatura. • Asumir que la conductividad está provocada por una sal simple. R (T )se usa un factor de TDS basado en el equivalente de Generalmente, (16) RT muestra conductividad RKCl (T ) de cloruro potásico (KCl) o cloruro sódico (NaCl) para el cálculo de TDS (consulte el apéndice 6.3). • Normalmente, el factor de TDS para agua natural se encuentra entre 0,55 y 0,70. Suele usarse el factor de TDS de 0,65 para estas FR: muestras. TDS mediciones (11) Las facteur TDS :de TDS se realizan de la misma forma que las 25C mediciones de conductividad. El medidor corrige la lectura para ajustarla a la temperatura de referencia según el modo de corrección 38
(12) TDS (mg / L) facteur TDS 25C
(16)
R
Réchantillon (T )
ES:
TDS
(11) de factor de TDS : seleccionado. A continuación, calcula el TDS con la la temperatura 25C siguiente fórmula: (12) TDS (mg / L) factor de TDS 25C (12) El factor de TDS es una fuente adicional de errores. Por tanto, el error
R (T ) RKCl (T )Generalmente, el error es inferior a un 15%. conductividad.
muestra deT una de TDS es superior al de una medición de (16) R determinación
3.6.2 Mediciones de En las soluciones binarias (un electrolito y agua), puede usarse la concentración conductividad para medir la concentración electrolítica, ya que la FR: conductividad esTDS directamente proporcional a la concentración. Cada (11) electrolito facteur TDS posee: una curva de conductividad única (consulte la figura 25Cde los electrolitos, la curva de conductividad 13). Para la mayoría alcanza un valor máximo y, después, invierte su pendiente. La medirse enlaparte creciente o decreciente de la TDS (mg / L)puede facteur TDS (12) conductividad 25C curva. No es posible usar la conductividad para medir la concentración en la región cercana al pico de la curva, ya que hay dos valores de R (T ) concentración (16) R échantillondiferentes que tienen la misma conductividad. T
RKCl (T )
ZH:
TDS
(11)
25C 25C
(12)
(16)
R
(T )
R
(T )
KCl Figura 13: Curvas de conductividad frente a concentración de diferentes electrolitos
Para las mediciones de la concentración, debe conocerse la conductividad de la solución como una función de la concentración del electrolito de DE: interés. Estos datos pueden encontrarse en la documentación o en las de un: TDS laboratorio. Se recomienda trabajar a una temperatura TDS Faktor (11) mediciones
25C
39
(12) TDS (mg / L) TDS Faktor 25C
Código de prácticas recomendadas
constante para la calibración y las mediciones, ya que la forma de la curva cambia según la temperatura. Debe producirse un cambio cuantificable en la conductividad a lo largo del rango de concentración y la conductividad debe ser ascendente o descendente a lo largo de este (consulte la figura 14). Cada zona cuantificable requiere una determinación independiente de la pendiente y la intersección.
Figura 14: Curva de conductividad frente a concentración con áreas cuantificables de NaOH
Para mediciones de concentración, la calibración con dos o más estándares de concentración conocidos debe llevarse a cabo con antelación. En esta guía, solo se describe la calibración de dos puntos. El primer paso es medir la conductividad de las dos soluciones 12. TDS (mg /con L) concentraciones TDS factor 25C estándares conocidas. A continuación, se calculan 12. la TDS (mg / L(ecuación ) TDS 13) factor 25C pendiente y laintersección (ecuación 14) de la curva de calibración y y1 con las siguientes ecuaciones: 13. m 2
13. m
yx2 xy11 x2 x1
14. b y1 m x1
(13) (14)
14. b y1 m x1 m Pendiente ( y b) 15. yx1,y2 Conductividad de la solución estándar 1 y 2 ( ym b) 15. xx1,x2 Concentración de la solución estándar 1 y 2 m b Intersección 40
5 5 (T 15) j/2 b j RTj / 2 S a R j T 5 5 1 (T 15 k ( T 15 ) ) j 0 j 0 j/2 b j RTj / 2 16. S a j RT Verweis im Text muss angepasst werden (see equation 16) 1 ( 15 ) k T j 0 j 0
16.
12. TDS (mg / L) TDS factor 25C 13. m
y 2 y1 x2 x1
14. b m x1paso, se mide la conductividad de la muestra y, a Enuny1segundo continuación, se calcula la concentración con la siguiente ecuación: 15. x
16.
3.6.3 Salinidad
y x
( y b) m
(15)
Conductividad de la muestra 5 (de ) T la15 Concentración muestra j/2
5
S a j RT
j 0
1 k (T 15)
b R j 0
j
j/2 T
La salinidad (S) es medición sin una unidad que corresponda Verweis imuna Text muss angepasst werden (see equation 16) al peso de las sales disueltas en agua del mar. Hay definiciones R (T ) diferentes sobre la salinidad. Normalmente, se usa la definición de RT Sample (T ) KClUNESCO. 1978 deRla Aunque la salinidad es un número adimensional, 12. TDS (mg / L) se TDS 25(unidad con frecuencia usa lafactor unidadpsu práctica de salinidad). La C a0 = 0.0080 = 0.0005 k = 0.00162 salinidad se calcula a partirb0de una relación empírica entre una muestra de agua del mar y solución de KCl (32,4356 g/kg) a una temperatura ay1 = -0.1692 b1 = -0.0056 y1 2 de 15 °C y una presión atmosférica estándar. Cuando la relación de las 13. m ax = 25.3851 b2 = es -0.0066 x1de conductividad 22 dos lecturas uno, la salinidad es exactamente 35. En otras igual al contenido de sal a3 = palabras, 14.0941 1 psu esb3aproximadamente = -0.0375 de 1 g/L. 14. b ay41 =-7.0261 m x1 b4 = 0.0636
a5 = 2.7081 b5 = -0.0144 es bastante compleja (ecuación 16), pero todos los cálculos ES: La fórmula ( y bel) propioTDS los realiza medidor. Cuando modo de R 3 5.98624 R 0.08996 28.2929729 R se 12selecciona .80832 R 2 el 10 .67869 17. 15. S xfactor de ppt (11) : TDS salinidad del conductivímetro, las mediciones se realizan mientras se m 25C lleva a cabo la medición de la conductividad.
5 18. R RT(mg R(TT1)15 (T)TDS 15)(b 96R.7j / 2 72.0 RT 37.3 RT (0.63 0.21 R (12) T (factor de STDS aj10 R/TjL/ 2)R 16. (16) j 25TC
5
5
1 k (T 15)
j 0
2
j 0
1 Verweis im Text muss angepasst werden (see equation 16) 19. R muestra (T ) (T ) (16) RT RSample RT RKCl (T ) RKCl (T ) 1 2 0k.35 / m) 0.006 b0 = 0,0005 20. %( a0 m = 0,0080 = 0,00162 (T 20) k = 0.00162 1 0b.026 1 0.026 (T 20) a = 0.0080 = 0.0005 FR:
0 a1 = -0,1692
1 = -0.1692 a2 =a25,3851
b1 =0 -0,0056
-0.0056 b2b=1 =-0,0066
2 K 25C 1 0.023 (T 20) 1 0.023 (T 20)
TDS
1 m /V ) TDS 0.0018 21. %( (11) : b3b= =-0,0375 afacteur 3 =a14,0941 -0.0066 2 = 25.3851 2
a4 = -7,0261
a3 = 14.0941
a5 = 2,7081
b4 = 0,0636
b3 = -0.0375
b5 = -0,0144
a4 (=mg -7.0261 / L) facteurbTDS 25C (12) TDS 4 = 0.0636 a5 = 2.7081
b5 = -0.0144
41 ) 28.2929729 R 12.80832 R 2 10.67869 R 3 5.98624 Anhhang: échantillo 0.08996 R 17. S R n (T (16) Rppt T RKCl (T )
12. TDS (mg / L) TDS factor 25C
j yR1Tj / 2 (T 15) 16. S y 2 a 13. m 1 k (T 15) 5
Código de prácticas recomendadas
x x1
j 0 2
5
b R j 0
j
j/2 T
Verweis im Text muss angepasst werden (see equation 16)
RSample(T ) 14. bR y1 m x1 T RKCl (T )
( y b) 15. x a0 = 0.0080
b0 = 0.0005
m
aocasiones, 1 = -0.1692
16.
k = 0.00162
b1 = -0.0056 sigue usando
En se la definición más antigua: la escala del a52 =del 25.3851 b2 = -0.0066 agua mar natural (UNESCO 1966b). La salinidad Sppt de una muestra 5 ( 15 ) T j/2 S a=a14.0941 RTj / 2 0 b j Rcalcula j(partes T = -0.0375 3 315 en ppt con el uso de la siguiente fórmula para 1 por ) j se k (T bmil) j 0 =Verweis -7.0261 im Textde b = 0.0636 unaa4temperatura T = 15 °C y una presión atmosférica estándar: 4 muss angepasst werden (see equation 16)
(T ) a R= 2.7081 b5 = -0.0144 RT 5 Sample R ( T ) KCl 17. S ppt 0.08996 28.2929729 R 12.80832 R 2 10.67869 R 3 5.98624 R 4 1.32311 R 5 a0 = 0.0080
b0 = 0.0005
(17)
k = 0.00162
R = muestra/ con T = 15 °C 2 2 muestra = Conductividad de la muestra a2 = 25.3851 b2 = -0.0066 1 = 42,914 mS/cm (Conductivity of Copenhagen Seawater 19. a3 = 14.0941 b3 = -0.0375 Standard)
18. R aR1 T= -0.1692 10 5 RT ( RT 1)b(1T= -0.0056 15) (96.7 72.0 RT 37.3 RT (0.63 0.21RT ) (T 15))
a4 = -7.0261
b4 = 0.0636
1 2 0.35 K ) 0.006 b5 = -0.0144 20. %(ma5/ =m2.7081 Si la conductividad no se 1 0.026 (T mide 20) a 15 °C, 1 puede 0.026 3 (aplicarse T 20) 4 la ecuación 2 17. S ppt 0.08996 28.2929729 R 12.80832 R 10.67869 R 5.98624 R 1.32311 R 5
a 10 °C < T < 31 °C:
1 2 K 21. %(m / V ) 0.0018 1 0.023 (T 20) 1 0.023 (2T 20) 2 18. R RT 10 5 RT ( RT 1) (T 15) (96.7 72 .0RT 37.3 RT (0.63 0.21 RT ) (T 15))
1
19. RT = muestra
18
(18)
(T) / (T)
Anhhang:
para la prima 2 1 3.6.4 Agua ultrapura20. %( El magua la materia usada 0.35con K / m) es 0.006 más frecuencia 1 0.026 (T 20) 1 0.026 (T 20) fabricación de productos farmacéuticos. Para usar el agua, las farmacopeas establecen de calidad, con las 1 varias especificaciones 2 K 21. %(m / V ) 0.0018 que deben cumplir los fabricantes de productos farmacéuticos. La 1 0.023 (T 20) 1 0.023 (T 20) conductividad es uno de los principales parámetros que permite el control de todas las impurezas iónicas. Según el país y la calidad requerida del agua, las especificaciones pueden variar ligeramente. Anhhang:
Las farmacopeas más importantes son: Farmacopea de Estados Unidos: USP Farmacopea Europea: EP Farmacopea Japonesa: JP Farmacopea China: ChP Farmacopea India: IP A lo largo de los años, se ha ido adoptando parcialmente la unificación de las especificaciones, aunque siguen existiendo diferencias. La tabla 10 muestra una visión general de las especificaciones de conductividad para dos calidades de agua diferentes. 42
Conductividad (µS/cm a 25 °C)
USP
EP
JP
ChP
IP
Agua purificada
1,3 µS/cm (etapa 3)
5,1 µS/cm (etapa 1)
En línea: 1,3 µS/cm Fuera de línea: 2,1 µS/cm
5,1 µS/cm (etapa 1)
1,3 µS/cm (etapa 3)
Agua para inyección
1,3 µS/cm (etapa 3)
1,3 µS/cm (etapa 3)
En línea: 1,3 µS/cm Fuera de línea: 2,1 µS/cm
1,3 µS/cm (etapa 3)
1,3 µS/cm (etapa 3)
Tabla 10: Visión general de los límites de conductividad a los que hacen referencia distintas farmacopeas
Requisitos del medidor Especificaciones
Requisitos de USP, EP, JP, ChP e IP
Sensor de conductividad y exactitud constante de celda
La constante de celda debe estar en ±2%. Verificación mediante: - Método directo: Con una solución de conductividad conocida (estándar de conductividad certificado). - Método indirecto: Comparación con una celda de una constante de celda certificada o conocida.
Material de electrodo
Material adecuado
Calibración de conductivímetro
La celda de conductividad se sustituye con resistencia trazable a NIST (o autoridad nacional equivalente). La lectura debe ser exacta en ±0,1% del valor indicado
Resolución del instrumento
0,1 μS/cm
Exactitud del instrumento (a 1,3 µS/cm)
0,1 μS/cm
Compensación de temperatura
Ninguna
Exactitud de la temperatura
±2 °C
Tabla 11: Requisitos del conductivímetro
43
Código de prácticas recomendadas
La prueba más extendida es el método de tres etapas de USP , que se describe de forma detallada en la siguiente sección. Método de tres etapas de USP Este método consta de tres etapas de mediciones diferentes. La prueba se detiene en la primera etapa que se supere. Si no se supera ninguna de las tres etapas, se concluye que el agua no cumple los requisitos. Los requisitos generales del conductivímetro se indican en la tabla 11. IMPORTANTE: Desconecte la corrección de temperatura. Etapa 1 Mida la conductividad sin compensación de la temperatura y la temperatura. La medición debe llevarse a cabo en línea (con celda de flujo) o fuera de línea (con botella de muestra). Redondee la temperatura hacia abajo, al siguiente intervalo de 5 °C más bajo. Busque el límite de la etapa 1 para dicha temperatura (consulte la tabla 12). Si la conductividad medida no supera el límite de la tabla, el agua cumple los requisitos de USP . Si la conductividad supera el valor de la tabla, continúe con la etapa 2. Etapa 1 de USP : Requisitos Para mediciones de la conductividad sin compensación de la temperatura Temperatura (°C)
Conductividad máxima (µS/cm)
Temperatura (°C)
0
0,6
55
2,1
5
0,8
60
2,2
10
0,9
65
2,4
15
1,0
70
2,5
20
1,1
75
2,7
25
1,3
80
2,7
30
1,4
85
2,7
35
1,5
90
2,7
40
1,7
95
2,9
45
1,8
100
3,1
50
1,9
Tabla 12: Límites de conductividad máxima de la etapa 1
44
Conductividad máxima (µS/cm)
Etapa 2 Ajuste la temperatura de la muestra a 25 ± 1 °C; remueva o agite hasta que la conductividad deje de aumentar y se equilibre con el aire ambiente. La lectura no debe superar los 2,1 µS/cm. Etapa 3 Añada solución de KCl saturada (0,3 mL/100 mL) a la muestra de la etapa 2 y mida el valor de pH. La lectura de conductividad de la etapa 2 no debe superar la conductividad permitida para dicho pH (consulte la tabla 13). Etapa 3 de USP : Requisitos de pH y conductividad pH
Conductividad máxima (µS/cm)
5,0
4,7
5,1
4,1
5,2
3,6
5,3
3,3
5,4
3,0
5,5
2,8
5,6
2,6
5,7
2,5
5,8
2,4
5,9
2,4
6,0
2,4
6,1
2,4
6,2
2,5
6,3
2,4
6,4
2,3
6,5
2,2
6,6
2,1
6,7
2,6
6,8
3,1
6,9
3,8
7,0
4,6
Tabla 13: Límites de conductividad máxima de la etapa 3
45
Código de prácticas recomendadas
a0 = 0.0080
b0 = 0.0005
a1 = -0.1692
b1 = -0.0056
a2 = 25.3851
b2 = -0.0066
a3 = 14.0941
b3 = -0.0375
a4 = -7.0261
b4 = 0.0636
k = 0.00162
a5 = 2.7081 5 = -0.0144 3.6.5 Resistividad En caso de mediciones de bbaja conductividad como la comprobación 2 orgánicos, puedeRque S pptagua ultrapura 0.08996 o disolventes 28.2929729 R 12.80832 se 10prefiera .67869 la R 3 5.98624 R 17. de resistividad a un valor de conductividad. La resistividad se define como la propiedad inversa de la conductividad (ecuación 19). El agua pura tiene una conductividad de 0,055 μS/cm, que corresponde2a una 18. R RT 10 5 RT ( RT 1) (T 15) (96.7 72.0 RT 37.3 RT (0.63 0.21 R resistividad de 18,18 MΩ∙cm.
19.
1
(19)
12. TDS (mg / L) TDS
factor 25C
= Resistividad [MΩ∙cm]
• ICUMSA GS2/3-17 para productos de azúcar refinado: 2
2
18. R RT 10 528 g RT ( RTde 1muestra ) (T 15) (en 96.7100 g 72.0 de RT agua 37.3 Rdesionizada RT una ) (T 15)) T (0.63 0.21 Disolver con
conductividad conocida. La ceniza conductimétrica se calcula 1 mediante la siguiente fórmula:
19.
1 2 0.35 1 0.026 (T 20) K 1 0 . 026 ( T 20 )
20. %(m / m) 0.006
1 2 K 1 0.023 (T 20) 1 0.023 (T 20)
46
1 2 y y 20. 13. %( m m2/ m)1 0.006 1 0.026 (T 20) 0.35 1 0.026 (T 20) x x 2 1 3.6.6 Ceniza El contenido de ceniza es un parámetro de calidad importante para conductimétrica que el azúcar y sus precursores puedan cuantificar las impurezas 14. inorgánicas. b y1 m x1 Tras la incineración de azucarados 1 los productos 2a K 21. %(m / V ) 0.0018 una temperatura de 550 °C, los residuos sólidos se1 pesan para 1 0 . 023 ( 20 ) 0 . 023 ( 20 ) T T ( y bel ) contenido de ceniza. Parecida a las mediciones de TDS, 15. calcular x m la conductividad proporciona una alternativa mucho más rápida de estimar el contenido de ceniza. Si el contenido de ceniza se determina 5 5 (T 15) j/2 j/2 b R S a j RTla 16. mediante conductividad, entonces se conoce como ceniza j T 1 k (T 15) j 0 j 0 conductimétrica. La Comisión Internacional para Métodos Uniformes Verweis im Text muss angepasst werden (see equation 16) Anhhang: de Análisis de Azúcar (ICUMSA) ha definido dos estándares para la R (T ) RT Sample determinación de la ceniza conductimétrica. Una cantidad determinada RKCl (T ) de muestra de azúcar se disuelve en una cantidad definida de agua a0 = 0.0080 con unab0conductividad = 0.0005 k = 0.00162 A continuación, se mide desionizada conocida. a1 = -0.1692 b1 =solución. -0.0056 La temperatura de la solución debe la conductividad de la a2 = 25.3851 b2 = -0.0066 encontrarse entre 15 °C y 25 °C. SevenExcellence y SevenCompact a3 = 14.0941 un modo b3 = de -0.0375 proporcionan ceniza conductimétrica especial, que presenta directamente los resultados en forma de porcentaje. Con a4 = -7.0261 b4 = 0.0636 otros medidores, es posible calcular el resultado según las fórmulas a5 = 2.7081 b5 = -0.0144 2 siguientes: 17. S ppt 0.08996 28.2929729 R 12.80832 R 10.67869 R 3 5.98624 R 4 1.32311 R 5
21. %(m / V ) 0.0018
(20)
a1 = -0.1692
b1 = -0.0056
a2 = 25.3851
b2 = -0.0066
a3 = 14.0941
b3 = -0.0375
a4 = -7.0261
b4 = 0.0636
a5 = 2.7081
b5 = -0.0144
17. S ppt 0.08996 28.2929729 R 12.80832 R 2 10.67869 R 3 5.98624 R 4 1.32311 R 5
2
2
18. R RT 10 5 RT ( RT 1) (T 15) (96.7 72.0 RT 37.3 RT (0.63 0.21 RT ) (T 15))
• ICUMSA GS 1/3/4/7-13 para azúcar bruto, azúcar moreno, jugo, 1 y melaza: Disolver 5 g de muestra en 100 ml de agua desionizada con una conductimétrica 1 La ceniza 2 se calcula conductividadconocida. 20. %(m / m) 0.006 0.35 1 0.026 (T 20) K 1 0 . 026 ( T 20 ) mediante la siguiente fórmula: 19. jarabe
1 2 K 1 0.023 (T 20) 1 0.023 (T 20)
21. %(m / V ) 0.0018
(21)
1: Conductividad de la solución en µS/cm 2: Conductividad de agua desionizada usada en µS/cm Anhhang: T: Temperatura en °C (debe ser de entre 15 °C y 25 °C) K: Constante de celda 3.6.7 Bioetanol
El bioetanol puede contener impurezas iónicas en traza. Estas impurezas aumentan el riesgo de corrosión, lo que puede producir daños en el motor cuando se usa como combustible o como parte de una mezcla de combustible. La conductividad es un parámetro de suma no específico que se relaciona con la concentración y la movilidad de todos los iones en una solución. Cuanto mayor sea el nivel de conductividad, mayor será el contenido iónico corrosivo en el combustible. El equipo necesario para dicha determinación es económico y sencillo de usar incluso in situ. Por tanto, la conductividad es un indicador clave de la calidad global del bioetanol. Un estándar importante para las mediciones de conductividad en bioetanol es el NBR 10547 (Etanol carburante: Determinación de la conductividad eléctrica) definida por la Asociación Brasileña de Normas Técnicas (ABNT). Para medir la conductividad conforme a este estándar, deben tenerse en cuenta los siguientes puntos: Equipo: • Conductivímetro con una resolución mínima de 1 µS/m (0,01 µS/cm). • Celda de conductividad de platino con una constante de celda de 0,10 ± 0,02 cm-1 incluido un sensor de temperatura integrado o externo con una resolución de 0,1 °C. 47
Preguntas frecuentes
• Termostato para ajustar la temperatura de la muestra a 25 ± 0,1 °C. • Estándar de conductividad certificado con una conductividad de 500 µS/m (5 µS/cm) o inferior. • Vaso de muestra de vidrio, plástico o acero inoxidable. Calibración: Para la calibración, debe desactivarse el modo de corrección de la temperatura del conductivímetro. La temperatura de la muestra estándar se ajusta a 25 °C con el termostato. Agite suavemente para lograr el equilibrio de la temperatura. Deje de agitar y espere dos minutos antes de realizar la lectura de la conductividad. La temperatura de muestra debe ser de 25 ± 0,5 °C. La constante de celda resultante debe estar entre 0,08 y 0,12 cm-1. Medición: Hay dos posibilidades para la medición: • Ajustar la temperatura de la muestra a 25 ± 0,5 °C. • Usar el modo lineal de corrección de la temperatura con un coeficiente de corrección de esta de 2,2%/°C. Agite la muestra suavemente para lograr una temperatura uniforme. Deje de agitar y espere dos minutos antes de realizar la lectura de la conductividad. Para cumplir las especificaciones, el resultado no debe ser superior o igual a 500 µS/m (5 µS/cm).
48
4 Preguntas frecuentes ¿Cómo selecciono 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 entre el material del sensor y la muestra. 2. Tipo de construcción: Sensor de 2 polos: Mejor para mediciones de baja conductividad Sensor de 4 polos: Mejor para mediciones de conductividad 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. En www.electrodes.net, puede encontrar toda la información necesaria sobre los sensores de METTLER TOLEDO. ¿Cuál es la diferencia entre una constante de celda nominal y una certificada? La constante de celda puede variar ampliamente debido al proceso de producción. La constante de celda nominal tiene una exactitud de solo ±20% y le ayuda a elegir el sensor adecuado. Es bastante inexacta y no puede usarse para mediciones de conductividad. Los sensores con una constante de celda nominal deben calibrarse primero. Las constantes de celda certificadas se determinan tras el proceso de fabricación directamente en la fábrica y con una trazabilidad conforme a los estándares ASTM y NIST. Con una incertidumbre máxima de ±2%, son lo suficientemente exactas como para usarse en las mediciones de conductividad. La constante de celda certificada se indica en el certificado de calidad, que está impreso en el cable del sensor y almacenado en el chip del sensor ISM. ¿Cuándo debo realizar una calibración o una verificación? Si no se conoce la constante de celda exacta, entonces debe realizar una calibración. Cuando se conoce la constante de celda exacta, entonces basta con realizar una verificación. Este es el caso de los sensores con una constante de celda certificada o de los sensores que se han calibrado anteriormente. 49
Preguntas frecuentes
¿Qué modo de corrección de la temperatura debe usarse? En función de la muestra medida, pueden usarse diferentes modos de corrección de la temperatura: Lineal: Soluciones de conducción media a alta (use un valor correcto) No lineal: Agua natural Agua pura: Agua ultrapura Ninguno: Muestras controladas por temperatura; mediciones de conductividad según estándares específicos (por ejemplo, USP ) ¿Debe agitarse la muestra para la medición de conductividad o no? En las soluciones sin agitar, es posible la derivación de la medición. En general, se prefieren las mediciones de conductividad en muestras agitadas. La excepción son las muestras de baja conductividad en las que la agitación puede aumentar la exposición a la contaminación por aire y dióxido de carbono. IMPORTANTE: Use las mismas condiciones de agitación tanto para la medición de la calibración como de la verificación. ¿Cómo limpio un sensor de conductividad? Debe enjuagarse el sensor después de cada medición con agua desionizada. Si se ha expuesto el sensor a una muestra mezclada con agua, debe limpiarse con un disolvente mezclado con agua (por ejemplo, etanol o acetona) y enjuagarse después cuidadosamente con agua desionizada. Si hay acumulación de sólidos dentro de la celda de medición, elimínela con cuidado con un bastoncillo de algodón mojado en un detergente y, a continuación, enjuague el sensor con agua desionizada. (Precaución: Los sensores con polos platinizados no deben limpiarse de forma mecánica, ya que podrían dañarse). ¿Cómo se almacena un sensor de conductividad? Los sensores de conductividad limpios deben almacenarse de la siguiente forma: Almacenamiento a corto plazo (< 1 día): Seco o en agua desionizada Almacenamiento a largo plazo (> 1 día): Seco
50
¿Cuál es el período de conservación de las soluciones estándares de conductividad certificadas? METTLER TOLEDO garantiza la calidad de las soluciones estándares sin abrir durante un período de dos años desde la fecha de fabricación. Las soluciones estándares con un valor de conductividad inferior a 100 µS/ cm tienen un período de conservación más corto (84 µS/cm: 1 año; 10 µS/cm: 6 meses). La fecha de caducidad se encuentra impresa en la etiqueta del producto. El período de garantía cubre hasta el último día del mes indicado. ¿Cuál es la esperanza de vida general de un sensor con una constante de celda certificada? Las sondas de conductividad no se estropean de la misma forma que los electrodos de pH. Su duración no está limitada siempre y cuando la celda de medición no se vea afectada por productos químicos agresivos, mal uso, daños mecánicos o ensuciamiento. Por lo tanto, la vida útil de los sensores depende principalmente de su uso y manipulación. Una limpieza y un almacenamiento adecuados aumentan la vida útil del sensor. ¿Puede medirse la conductividad en soluciones no acuosas? Sí, es posible. Las sustancias orgánicas también tienen propiedades disociativas. Generalmente, los compuestos orgánicos como el benceno, el alcohol y los productos derivados del petróleo tienen una conductividad muy baja. Debe reconocerse que un aumento de la conductividad puede indicar un aumento de la contaminación iónica o del contenido en agua que permite una mayor disociación. El equipo de conductividad de METTLER TOLEDO se ha desarrollado principalmente para muestras acuosas o muestras no acuosas con bajo contenido en agua. Antes de medir las muestras no acuosas, debe comprobar primero la resistencia del material del sensor.
51
Glosario
5 Glosario 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 positiv.
Celda de medición:
La unión de 2 o 4 polos se denomina celda de medición.
Certificado de calidad:
Certifica que las piezas o sistemas de productos cumplen un nivel determinado de calidad dentro de las tolerancias especificadas y que se garantiza la trazabilidad durante todo el proceso de fabricación.
Conductancia G [S]:
La capacidad del material de conducir la electricidad. Es la propiedad inversa de la resistencia eléctrica.
Conductividad [µS/cm]: La conductancia de una celda estandarizada. La conductancia medida se multiplica por la constante de celda para obtener la conductividad ( = G*K).
52
Constante de celda K [cm-1]:
Teórico: K = l / A; El cociente de la distancia entre los electrodos (l) por el área de la sección 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.
Corriente alterna (CA):
Flujo de carga eléctrica que invierte periódicamente la dirección.
Corriente continua (CC):
Flujo de carga eléctrica que no cambia de dirección.
Efectos de campo:
La parte del campo de medición que queda fuera del espacio geométrico de la celda de medición. Si algo interfiere en las líneas de campo (por ejemplo, pared de vaso), la medición se ve afectada.
Electrodo:
Sinónimo de polo.
Electrolito:
Solución acuosa de ácidos, bases o sales que puede conducir la electricidad.
Ensuciamiento:
Formación de revestimiento gelatinoso o masas coloidales, o crecimiento de las bacterias en la celda de medición. Estos sedimentos afectan negativamente a la lectura de conductividad.
Incertidumbre de medición:
Rango de valores posibles en el que se encuentra el valor real de la medición con una probabilidad definida.
Ion:
Un átomo o molécula con una carga eléctrica positiva (catión) o negativa (anión), derivada de la pérdida o la ganancia de electrones.
Modo de corrección de la temperatura
Método que se usa para convertir el valor medido según una ecuación preseleccionada a la temperatura de referencia deseada. El ajuste de la temperatura de la muestra no es necesario.
Polarización:
La aplicación de corriente eléctrica a los electrodos de una solución puede generar una acumulación de especies iónicas cerca de las superficies de los electrodos. Así pues, aumenta la resistencia a la polarización en la superficie del electrodo, lo que puede producir resultados erróneos.
Polo:
Uno de los 2 o 4 polos a los que se aplica corriente eléctrica para medir la conductividad. El polo está en contacto directo con la solución de muestra y forma la
53
Apéndice
celda de medición junto con otros polos. Un polo también es conocido como electrodo. Resistencia Ω [ohm]:
Propiedad de un conductor por la que se opone al flujo de corriente que lo atraviesa.
Resistividad [MΩ∙cm]:
La resistividad es la propiedad inversa de la conductividad ( = 1 / ). En ocasiones, se prefieren valores de resistividad a un valor de conductividad en aplicaciones de baja conductividad, por ejemplo, en mediciones de agua ultrapura o disolventes orgánicos.
Salinidad:
La concentración de minerales solubles (principalmente sales de los metales alcalinos o del magnesio) en agua.
Solución estándar:
Una solución que contiene una cantidad conocida a la perfección de una sustancia o, en este caso, una conductividad perfectamente conocida.
TDS [mg/l]:
El total de sólidos disueltos consiste en una medición de la cantidad de todas las sustancias no volátiles disueltas en un líquido y que, generalmente, se expresa en mg/L o ppm.
Temperatura de referencia: Las mediciones de conductividad dependen en gran medida de la temperatura. Los valores medidos se convierten en una temperatura de referencia (normalmente de 20 °C o 25 °C) mediante un modo de corrección de la temperatura. Esto permitirá comparar los resultados. Verificación:
54
Compruebe la lectura de conductividad mediante una medición en una solución estándar.
6 Apéndice 6.1 Factores de corrección de la temperatura f25 para una corrección no lineal
°C
.0
.1
.2
.3
.4
.5
.6
.7
.8
.9
0
1,918
1,912
1,906
1,899
1,893
1,887
1,881
1,875
1,869
1,863
1
1,857
1,851
1,845
1,840
1,834
1,829
1,822
1,817
1,811
1,805
2
1,800
1,794
1,788
1,783
1,777
1,772
1,766
1,761
1,756
1,750
3
1,745
1,740
1,734
1,729
1,724
1,719
1,713
1,708
1,703
1,698
4
1,693
1,688
1,683
1,678
1,673
1,668
1,663
1,658
1,653
1,648
5
1,643
1,638
1,634
1,629
1,624
1,619
1,615
1,610
1,605
1,601
6
1,596
1,591
1,587
1,582
1,578
1,573
1,569
1,564
1,560
1,555
7
1,551
1,547
1,542
1,538
1,534
1,529
1,525
1,521
1,516
1,512
8
1,508
1,504
1,500
1,496
1,491
1,487
1,483
1,479
1,475
1,471
9
1,467
1,463
1,459
1,455
1,451
1,447
1,443
1,439
1,436
1,432
10
1,428
1,424
1,420
1,416
1,413
1,409
1,405
1,401
1,398
1,384
11
1,390
1,387
1,383
1,379
1,376
1,372
1,369
1,365
1,362
1,358
12
1,354
1,351
1,347
1,344
1,341
1,337
1,334
1,330
1,327
1,323
13
1,320
1,317
1,313
1,310
1,307
1,303
1,300
1,297
1,294
1,290
14
1,287
1,284
1,281
1,278
1,274
1,271
1,268
1,265
1,262
1,259
15
1,256
1,253
1,249
1,246
1,243
1,240
1,237
1,234
1,231
1,228
16
1,225
1,222
1,219
1,216
1,214
1,211
1,208
1,205
1,202
1,199
17
1,196
1,93
1,191
1,188
1,185
1,182
1,179
1,177
1,174
1,171
18
1,168
1,166
1,163
1,160
1,157
1,155
1,152
1,149
1,147
1,144
19
1,141
1,139
1,136
1,134
1,131
1,128
1,126
1,123
1,121
1,118
20
1,116
1,113
1,111
1,108
1,105
1,103
1,101
1,098
1,096
1,093
21
1,091
1,088
1,086
1,083
1,081
1,079
1,076
1,074
1,071
1,069
22
1,067
1,064
1,062
1,060
1,057
1,055
1,053
1,051
1,048
1,046
23
1,044
1,041
1,039
1,037
1,035
1,032
1,030
1,028
1,026
1,024
24
1,021
1,019
1,017
1,015
1,013
1,011
1,008
1,006
1,004
1,002
25
1,000
0,998
0,996
0,994
0,992
0,990
0,987
0,985
0,983
0,981
26
0,979
0,977
0,975
0,973
0,971
0,969
0,967
0,965
0,963
0,961
27
0,959
0,957
0,955
0,953
0,952
0,950
0,948
0,946
0,944
0,942
28
0,940
0,938
0,936
0,934
0,933
0,931
0,929
0,927
0,925
0,923
29
0,921
0,920
0,918
0,916
0,914
0,912
0,911
0,909
0,907
0,905
30
0,903
0,902
0,900
0,898
0,896
0,895
0,893
0,891
0,889
0,888
31
0,886
0,884
0,883
0,881
0,879
0,877
0,876
0,874
0,872
0,871
32
0,869
0,867
0,866
0,864
0,863
0,861
0,859
0,858
0,856
0,854
33
0,853
0,851
0,850
0,848
0,846
0,845
0,843
0,842
0,840
0,839
34
0,837
0,835
0,834
0,832
0,831
0,829
0,828
0,826
0,825
0,823
35
0,822
0,820
0,819
0,817
0,816
0,814
0,813
0,811
0,810
0,808
55
Apéndice
6.2 Coeficientes de temperatura (valores ) para soluciones estándares de conductividad de METTLER TOLEDO
Solución estándar de conductividad 12,88 mS/cm Temperatura de medición
a TRef = 25 °C
a TRef = 20 °C
5 °C
1,81%/°C
1,97%/°C
10 °C
1,84%/°C
2,01%/°C
15 °C
1,86%/°C
2,04%/°C
20 °C
1,88%/°C
2,05%/°C
25 °C
1,91%/°C
2,07%/°C
30 °C
1,93%/°C
2,10%/°C
35 °C
1,95%/°C
2,13%/°C
Solución estándar de conductividad 1413 μS/cm Temperatura de medición
a TRef = 25 °C
a TRef = 20 °C
5 °C
1,83%/°C
1,99%/°C
10 °C
1,85%/°C
2,02%/°C
15 °C
1,88%/°C
2,05%/°C
20 °C
1,91%/°C
2,08%/°C
25 °C
1,94%/°C
2,11%/°C
30 °C
1,97%/°C
2,14%/°C
35 °C
2,00%/°C
2,18%/°C
Solución estándar de conductividad 500 μS/cm
56
Temperatura de medición
a TRef = 25 °C
a TRef = 20 °C
5 °C
1,85%/°C
2,01%/°C
10 °C
1,87%/°C
2,04%/°C
15 °C
1,94%/°C
2,15%/°C
20 °C
1,94%/°C
2,15%/°C
25 °C
1,94%/°C
2,15%/°C
30 °C
1,94%/°C
2,15%/°C
35 °C
2,05%/°C
2,23%/°C
Solución estándar de conductividad 84 μS/cm Temperatura de medición
a TRef = 25 °C
a TRef = 20 °C
5 °C
1,84%/°C
2,00%/°C
10 °C
1,88%/°C
2,04%/°C
15 °C
1,95%/°C
2,16%/°C
20 °C
1,95%/°C
2,16%/°C
25 °C
1,95%/°C
2,16%/°C
30 °C
1,95%/°C
2,16%/°C
35 °C
2,01%/°C
2,21%/°C
Solución estándar de conductividad 10 μS/cm Temperatura de medición
a TRef = 25 °C
a TRef = 20 °C
5 °C
1,94%/°C
2,11%/°C
10 °C
1,93%/°C
2,08%/°C
15 °C
2,05%/°C
2,27%/°C
20 °C
2,06%/°C
2,29%/°C
25 °C
2,06%/°C
2,30%/°C
30 °C
2,06%/°C
2,30%/°C
35 °C
2,14%/°C
2,36%/°C
Solución estándar de conductividad 5 μS/cm Temperatura de medición
a TRef = 25 °C
a TRef = 20 °C
5 °C
1,98%/°C
2,18%/°C
10 °C
2,04%/°C
2,26%/°C
15 °C
2,06%/°C
2,30%/°C
20 °C
2,06%/°C
2,30%/°C
25 °C
2,06%/°C
2,30%/°C
30 °C
2,06%/°C
2,30%/°C
35 °C
2,14%/°C
2,36%/°C
57
Apéndice
Solución estándar de conductividad 1,3 μS/cm
6.3 Conductividad según los factores de conversión de TDS
58
Temperatura de medición
a TRef = 25 °C
a TRef = 20 °C
5 °C
2,42%/°C
2,75%/°C
10 °C
2,46%/°C
2,81%/°C
15 °C
2,46%/°C
2,81%/°C
20 °C
2,46 %/°C
2,81%/°C
25 °C
2,23%/°C
2,81%/°C
30 °C
2,00%/°C
2,54%/°C
35 °C
2,15%/°C
2,57%/°C
Conductividad
TDS KCl
TDS NaCl
a 25 °C
valor ppm
factor
valor ppm
factor
84 μS/cm
40,38
0,5048
38,04
0,4755
447 μS/cm
225,6
0,5047
215,5
0,4822
1413 μS/cm
744,7
0,527
702,1
0,4969
1500 μS/cm
757,1
0,5047
737,1
0,4914
8974 μS/cm
5101
0,5685
4487
0,5000
12 880 μS/cm
7447
0,5782
7230
0,5613
15 000 μS/cm
8759
0,5839
8532
0,5688
80 mS/cm
52 168
0,6521
48 384
0,6048
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