هدایت سنجی
هدایت سنجی با دستگاه های هدایت سنج رومیزی یا هدایت سنج آزمایشگاهی و دستگاه های هدایت سنج پرتابل یا دستی انجام می شود. برای کارهای میدانی دستگاه های اندازه گیری چندپارامتری شامل هدایت، پی اچ، شوری و دما طراحی شده است
اساس روش هدایت سنجی تعیین مقاومت الکتریکی یک محلول در مقابل عبور جریان الکتریسیته از آن است. این روش علاوه بر کاربرد در تجزیه کیفی و کمّی ترکیبات یونی، برای بررسی تعادلهای شیمیایی، ثابت تشکیل کمپلکسهای فلزی، تجزیه آبها و خاکها نیز کاربرد گسترده ای دارد. هدایت سنجی با توجه به کاربرد آن به عنوان آشکارساز در دستگاهوری شیمیایی، به ویژه در دستگاههای کروماتوگرافی گازی و کروماتوگرافی یونی، مهم است.
هدایت الکتریکی یک محلول معیاری از توانایی آن محلول در هدایت الکتریسیته است. از آنجا که توانایی یک محلول برای هدایت الکتریسیته با افزایش مقاومت الکتریکی (R) آن محلول، کاهش می یابد، هدایت به صورت عکس مقاومت تعریف می شود، یعنی G = 1/R است، که G هدایت الکتریکی و R مقاومت الکتریکی محلول است.
واحد هدایت الکتریکی زیمنس (S) است که از واحدهای کوچکتر مانند میلی زیمنس (mS) و میکروزیمنس (μS) نیز برای محلولهای رقیق تر استفاده می شود. هدایت الکتریکی محلولی با مقاومت یک اهم یک زیمنس است.
هدایت الکتریکی یک محلول، معمولاً با اعمال ولتاژی حدود ۶ ولت بین دوالکترود یکسان پلاتینی که با لایه نازکی از پلاتین پوشش داده شده است، اندازه گیری می شود. دستگاه هدایت سنج، درواقع یک پل وتسون اصلاح شده است. در یک محلول، الکتریسیته توسط یونها هدایت می شود. مقاومت محلولی دارای غلظت ثابتی از یک الکترولیت، در درجه حرارت ثابت، مستقیماً به فاصله بین دو الکترود (L) و به طور معکوس با سطح مقطع الکترودها (A)، ارتباط دارد:
R = ρ (L/A)
که ضریب تناسب، مقدار ثابتی است که مقاومت مخصوص (ρ) خوانده می شود. باقرار دادن مقدار R در معادله، هدایت به صورت معادله زیر به دست می آید.
G = (1/ρ)(A/L) = K(A/L)
ثابت K در معادله فوق، که عکس مقاومت مخصوص است، هدایت مخصوص نامیده می شود. از معادله فوق، فهمیده می شود که هدایت مخصوص زمانی مساوی هدایت است که A برابر L باشد.
هم R و هم G تابع دما و غلظت الکترولیت است، هدایت اکثر محلولهای الکترولیت به ازای هر درجه افزایش دما، حدود ۱ الی ۲% افزایش می یابد وقتی که غلظت محلول الکترولیت افزایش می یابد، مقاومت الکتریکی محلول کاهش و هدایت آن افزایش می یابد. هدایت الکتریکی محلولهای خیلی رقیق مستقیماً با غلظت آن متناسب است. این ارتباط در روش های هدایت سنجی برای تجزیه کمّی محلول های الکترولیت مورد استفاده قرار می گیرد. هدایت الکتریکی مولی (Λm) یک محلول، هدایت مخصوص محلولی دارای یک مول از الکترولیت در هر سانتیمترمکعب از آن محلول است. درنتیجه، اگر غلظت الکترولیت (c)، به صورت مول بر ۱۰۰۰ سانتیمترمکعب، یعنی مولاریته باشد، هدایت مولی محلول به صورت معادله زیر تعریف می شود.
Λm = 1000K/c
اگر چه اندازه گیری A و L مشکل است، ولی نسبت L/A را می توان با اندازه گیری G برای محلولی با مقادیر Λm و c معلوم، تعیین کرد. نسبتL/A ثابت سلول نامیده شده و با θ نشان داده می شود. با قرار دادن این مقدار در معادله های بالا، می توان نوشت:
G = K / θ
G = (Λm c)/1000 θ
ثابت سلول معمولاً با اندازه گیری هدایت یک محلول الکترولیت با غلظت و هدایت مخصوص معلوم، تعیین می شود. در این عمل، هدایت اندازه گیری شده در معادله فوق، جایگزین شده و مقدار θ محاسبه می شود. کلرید پتاسیم الکترولیتی است که در این اندازه گیری استفاده میشود.
دستگاه هدایت سنج
دستگاه هدایت سنج به نام کنداکتومتر یا ECسنج نیز شناخته می شود. بستگی به کاربرد هدایت سنجی، چند نوع سلول اندازه گیری هدایت الکتریکی یا الکترود هدایت سنجی رایج است. رایج ترین آنها سلولی است که در آن از دو تیغه پلاتینی با مساحت حدود ۲ سانتیمتر مربع در موقعیت عمودی قرار دارد، به طوری که هیچ ماده جامدی روی سطح آنها جمع نشود. این تیغه های پلاتینی به سیم پلاتینی ضخیمی جوش داده شده و درون یک محافظ غیرهادی از جنس پیرکس یا مواد صلب دیگر محکم شدهاند، به طوری که هنگام همزدن محلول آنالیت، هیچ تکان یا جابه جایی در این الکترودها اتفاق نمی افتد. سه نوع سلول های هدایت سنج یا الکترود هدایت سنجی در شکل (۱)، نشان داده شده است. سلول شکل (۱ الف)، برای اندازه گیری هدایت الکتریکی، سلول (۱ ب)، برای سنجش های هدایت سنجی و سلول (۱ ج)، برای فرآیندها یا کاربردهای آزمایشگاهی دیگر، استفاده می شود.
شکل ۱- سه نوع سلول هدایت سنج، (الف) سلول تعیین دقیق هدایت الکتریکی، (ب) سلول سنجش هدایت سنجی و (ج) سلول فرآیندها و کاربردهای دیگر.
دستگاه هدایت سنج در واقع یک مقاومت سنج است که مداری شامل یک پل وتستون دارد که محلول مورد آزمایش در یکی از شاخه های این پل قرار گرفته و مقاومت الکتریکی آن تعیین می شود. سپس این مقاومت به هدایت الکتریکی تبدیل شده و در خروجی دستگاه به صورت علامت هدایت الکتریکی نشان داده می شود. در شکل (۲)، این مدار نشان داده شده است. در این مدار، R0 مقاومت محلول الکترولیت (محلول مورد آزمایش)،R1 مقاومت قابل تنظیم، شامل جعبه مقاومت دارای ۳ یا ۴ ده تایی مقاومت است. مقاومت های R3 و R4 ، مقاومتهای ثابت هستند. مولد علامت ممکن است، یک تبدیلکننده ۶۰ هرتز، یک نوسانگر ۱۰۰۰ هرتز یا یک نوسانگر فرکانس متغیر، باشد. اگر برای تنظیم جریان الکتریکی صفر، از یک رئوستا استفاده شود، نوسانگر ۱۰۰۰ هرتز، ترجیح داده می شود. برای نشان دادن جریان الکتریکی صفر، از یک میکرآمپرسنج حساس استفاده می شود.
شکل ۲- مدار پایه AC برای اندازه گیری هدایت الکتریکی محلول.
کابردهای هدایت سنج
دستگاه هدایت سنج برای تعیین مقدار هدایت الکتریکی مایعات و به ویژه آب ها استفاده شده که بیانگر مقدار نمک های موجود در آن مایع است. هدایت سنج جهت تجزیه آب ها، آزمایش های محیطی جهت تعیین سلامت حوضچه ها و سایر بسترهای آب استفاده می شود. بین هدایت الکتریکی آب و جامدات کل محلول در آن (TDS) ارتباط وجود دارد و لذا، با اندازه گیری هدایت الکتریکی آب می توان TDS آن را نیز به دست آورد.
منبع: کتاب شیمی تجزیه ۲، تألیف دکتر محمود پایه قدر، شیمی تجزیه ۲
استفاده از مطالب با ذکر منبع بلامانع است