Rosnące wymagania odnośnie jakości wód ultraczystych (m.in. dla potrzeb farmacji, biotechnologii) wymuszają nieustanną potrzebę zwiększania stopnia monitorowania i nadzoru procesu wytwarzania wody o tak wysokiej jakości. Dlatego też stworzyliśmy bardzo czułą sondę konduktometryczną kontrolującą parametry cieczy. Parametry, których nadzór jest wymagany to głównie przewodność oraz zawartość węgla organicznego (TOC – Total Organic Carbon).
Firma Hydrolab stawia na przygotowanie urządzeń wyposażonych w panele kontrolno- pomiarowe, które są ergonomiczne, niezawodne, a także pozwalają użytkownikowi na wygodę i łatwość obsługi. W procesie kreowania nowych rozwiązań firma stawia na aktualnie najlepsze i najbardziej niezawodne rozwiązania dostępne na rynku elektroniki i automatyki. Systemy zapewniają ciągłe monitorowanie przewodności właściwej oraz temperatury produkowanej wody. Dział badawczo- rozwojowy prowadzi intensywne prace nad pomiarami parametru TOC. Ponadto system automatyki pozwala na kontrolę ciśnienia pracy systemu, poziomu napełnienia zbiorników, czy automatyczne dozowanie wolumetryczne wody oraz wiele innych.
Jednym z najbardziej popularnych parametrów pomiarowych, który jest proporcjonalny do czystości wody to przewodność elektryczna właściwa (przewodnictwo elektrolityczne właściwe). Normy PN-EN 27888 oraz PN-EN 60746-3 dotyczą oznaczania przewodności elektrycznej właściwej we wszystkich rodzajach wody.
Przewodność elektryczna właściwa (wyrażana w [S/m]) to odwrotność oporności elektrycznej właściwej (wyrażanej w [Ωm]) mierzonej w określonych warunkach, między przeciwległymi ściankami jednostkowego sześcianu roztworu wodnego o określonych wymiarach. W praktyce najbardziej popularną jednostką przewodności elektrycznej właściwej jest [μS/cm] lub odpowiadająca jej jednostka oporności elektrycznej właściwej [MΩ·cm]. Przewodność elektryczna jest miarą stężenia substancji rozpuszczonych ulegających jonizacji w próbce. W trakcie pomiarów przewodności istotnym czynnikiem jest stała naczynka (wyrażana w [m-1]) użytego do pomiarów, która zależna jest od wymiarów geometrycznych tego naczynka. W ogólności można przyjąć, że stała naczynka K dana jest wzorem:
K = l/A
gdzie: l to długość przewodnika elektrycznego, natomiast A to efektywna powierzchnia przekroju poprzecznego przewodnika elektrycznego.
Przewodność elektryczna jest miarą prądu przewodzonego przez jony obecne w wodzie. Zależy ona od stężenia i natury jonów oraz temperatury i lepkości roztworu. Czysta woda, w wyniku autodysocjacji, w temperaturze 25oC ma przewodność elektryczną właściwą 0,05483 μS/cm. Norma PN-EN 27888 szczegółowo precyzuje sposób przygotowania roztworów wzorcowych o znanych przewodnościach w temperaturze 25oC. Roztwory wzorcowe mogą być wykorzystane w trakcie testowania, wzorcowania i kalibracji aparatury do pomiaru przewodności.
W trakcie pomiarów przewodności elektrycznej właściwej wody można zastosować jeden z dwóch typów przyrządów. Pierwszy typ to przyrząd wyposażony w naczynko konduktometryczne zanurzeniowe lub przepływowe z dwiema lub więcej elektrodami. Drugi typ to przyrząd z elektrodami indukcyjnymi. W produktach firmy Hydrolab skupiono się głównie na pomiarach za pomocą autorskich konstrukcji konduktometrów z naczynkiem przepływowym o dwiema elektrodami. Naczynka przepływowe stosuje się do pomiarów przewodności mniejszej niż 100 μS/cm, z którymi mamy do czynienia przy pomiarach wody ultraczystej. Z naczynek przepływowych usuwa się powietrze, które może negatywnie wpłynąć na wynik pomiaru małej wartości przewodności. Zgodnie z normą PN-EN 27888, dla danych zakresów pomiarowych przewodności zalecane są dane wartości stałej naczynka. Przyjmuje się, że im z większa przewodność, tym większa wartość stałej naczynka. Przy pomiarach wody ultraczystej zazwyczaj stosuje się naczynka o stałej 0,1 lub 0,01. Konduktometry Hydrolab zawierają układ sterowania uwzględniający stałą naczynka.
W celu uzyskania wysokiej precyzji, pomiar przewodności należy wykonywać, gdy próbka i naczynko konduktometryczne znajdują się w stanie równowagi w temperaturze 25oC ± 0,1oC, aby wyeliminować błędy wynikające z używania kompensatorów wpływu temperatury lub wynikające z matematycznych metod kompensacji. W pomiarach precyzyjnych powinno się stosować termometr o dokładności pomiaru ±0,1oC w zakresie mierzonych temperatur, przy pomiarach rutynowych wystarczający jest termometr o dokładności pomiaru ±0,5oC.
Jednakże w praktyce pomiar w temperaturze 25oC ± 0,1oC w większości aplikacji jest silnie utrudniony. Z tego względu stosuje się korektę pomierzonej wartości przewodności, do równoważnej jej przewodności w temperaturze 25oC, za pomocą odpowiedniego mnożnika korygującego, którego sposób wyznaczenia określa szczegółowo norma PN-EN27888. Dzięki odpowiedniej metodzie kompensacji uzyskujemy wynik pomiaru, który może być bezproblemowo porównywany z innymi wynikami pomiarów. Również z pomiarami wykonanymi w innych temperaturach. Niezależnie od rodzaju kompensacji temperaturowej, otrzymany skompensowany wynik będzie mniej dokładny od rzeczywistego wyniku zmierzonego w temperaturze odniesienia 25oC. Dawniej za temperaturę odniesienia przyjmowało się 20oC, konduktometry Hydrolab pozwalają na wybranie temperatury odniesienia za pomocą interfejsu użytkownika.
Ponadto konduktometry Hydrolab posiadają możliwość pomiaru w jednym z trzech trybów:
– brak kompensacji temperaturowej wyniku
– kompensacja liniowej (możliwość zmiany współczynnika α określającego procentową zmianę przewodności spowodowaną zmianą temperatury o 1oC)
– kompensacja nieliniowa, która jest najbardziej dokładną metodą kompensacji temperaturowej w zastosowaniach do wód ultraczystych.
W trakcie pomiarów przewodności należy wystrzegać się czynników zaburzających pomiar. Na wyniki pomiarów mogą wpłynąć zanieczyszczenia próbki w postaci zawiesin, smarów lub olei, które potrafią blokować powierzchnię elektrod. Skutkuje to zmianą stałej naczynka. Równie istotnym elementem, którego należy się wystrzegać w trakcie pomiarów jest efekt polaryzacji występujący na powierzchni elektrod, gdy prąd płynący między elektrodami wywołuje elektrolizę, a w jej wyniku częściową izolację powierzchni elektrod. W celu uniknięcia efektu polaryzacji można stosować pomiary:
– zmiennoprądowe z wystarczająco wysoką częstotliwością
– metodą czterech lub sześciu elektrod z oddzielnymi elektrodami prądowymi i oddzielnymi elektrodami mierzącymi potencjał
– indukcyjne lub pojemnościowe, polegające na połączeniu przewodnika elektrolitycznego i elektrycznego obwodu pomiarowego przez ośrodki nieprzewodzące.
Rosnące wymagania odnośnie jakości wód ultraczystych (m.in. dla potrzeb farmacji, biotechnologii) wymuszają nieustanną potrzebę zwiększania stopnia monitorowania i nadzoru procesu wytwarzania wody o tak wysokiej jakości. Coraz częściej wymogiem jest nadzór parametru zawartości węgla organicznego (TOC – Total Organic Carbon). Zawartość węgla organicznego TOC wyznacza się zgodnie z poniższym wzorem. Jest to różnica zawartości węgla całkowitego TC i zawartości węgla nieorganicznego TIC.
TOC = TC – TIC
Istnieje szereg urządzeń pomiarowych, analizatorów TOC, pozwalających na szczegółowe i niezwykle precyzyjne określenie wartości parametru TOC. Niestety takie przyrządy są bardzo skomplikowane i ich cena jest bardzo wysoka. Ponadto istotną wadą powszechnie dostępnej aparatury jest w większości konieczność pracy off-line. Polega ona na wprowadzeniu badanej próbki do komory pomiarowej i poddanie jej analizie. Natomiast w procesie oczyszczania i przygotowania wody ultraczystej, istotne jest ciągłe, on-line, monitorowanie parametrów uzyskiwanego produktu. Aby na bieżąco reagować na zmiany (pogorszenie) jakości i wprowadzać modyfikacje (np. wymianę elementów filtrujących).
Dział badawczo-rozwojowy Hydrolab prowadzi intensywne prace, które mają na celu opracowanie metod pomiaru parametru TOC. Naszym priorytetem jest, aby pomiar był możliwy on-line (w przepływającej wodzie).
Drugim ważnym aspektem jest miniaturyzacja oraz obniżenie kosztów produkcji analizatora, co umożliwi wbudowanie go, jako części linii wytwarzającej wodę ultraczystą. Opracowywane analizatory należą do zaawansowanych technologicznie urządzeń klasy high-tech, opartych na wiedzy, nie mających odpowiedników na światowym rynku. Ich charakterystycznymi cechami są: miniaturyzacja, energooszczędne zasilanie, niskie koszty oraz dostosowanie do ciągłego (w tym również telemetrycznego) monitorowania.
Przeczytaj też artykuł Sterowniki Hydrolab