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La conducibilità elettrica è un parametro fondamentale per la valutazione della qualità delle soluzioni acquose e gioca un ruolo cruciale in numerosi settori, dalla chimica analitica all'industria. In questo articolo, esploreremo i principi teorici della conducibilità, gli strumenti utilizzati per la sua misurazione e le sue applicazioni pratiche.
La conducibilità elettrica è la capacità di una sostanza di condurre corrente elettrica ed è l’inverso della resistività. Essa è influenzata dalla presenza di ioni disciolti in una soluzione, che fungono da portatori di carica. La conducibilità si esprime in siemens (S) o in microsiemens per centimetro (μS/cm) e può variare notevolmente a seconda della concentrazione degli elettroliti presenti.
Hanna Instruments ha realizzato una serie di conduttivimetri, altresì detti conducimetri o conduttimetri, studiati per la misura di questo parametro.
Esistono vari tipi di conduttivimetri, tra cui quelli da banco, portatili e multiparametro ai quali si aggiungono le cosiddette sonde multiparametriche, ossia speciali strumenti portatili per l’analisi simultanea sul campo di diversi parametri:
È possibile distinguere i conduttivimetri a seconda del metodo utilizzato per la misura, amperometrico o potenziometrico. Il sistema amperometrico applica una differenza di potenziale (V) nota tra due elettrodi, esegue una misura della corrente alternata (I) che passa fra di essi; per la legge di Ohm le due grandezze sono legate dalla relazione
I= V:R
Dove R è la resistenza, V è la tensione nota, e I è la corrente che passa da un elettrodo all’altro. Segue quindi che la conducibilità risulta tanto maggiore quanto più alta è l’intensità di corrente rilevata. Tuttavia, la resistenza dipende dalla distanza tra due elettrodi e dalla loro superficie, grandezza variabile a causa della possibile deposizione di Sali ed altri materiali (elettrolisi). Per questo è consigliabile limitare l’uso di conduttivimetri amperometrici a soluzioni con concentrazioni basse di solidi disciolti, fino a 1 g/L (circa 2000 µS/cm).
Il sistema potenziometrico a 4 anelli, invece, è basato sul principio delle linee di flusso, in grado di ovviare a questi problemi, eliminando gli effetti della polarizzazione. Ai due anelli esterni viene applicata una corrente alternata; i due anelli interni misurano la differenza di potenziale indotta dal flusso di corrente dipendente dalla conducibilità della soluzione in cui è immersa la sonda.
L’analisi della conducibilità avviene in numerose applicazioni, ad esempio:
La misura della conducibilità nelle analisi ambientali è un indicatore importante della qualità dell’acqua, infatti, un alto livello di EC può indicare la presenza di sali disciolti, metalli pesanti o altri contaminanti. Questo è applicabile alle acque di fiumi e laghi (acque superficiali) ed acque sotterranee. La conducibilità può dunque contribuire ad identificare alcune forme di inquinamento: se si innalza all’improvviso la conducibilità in un corso d’acqua, può indicare uno scarico industriale o agricolo non corretto o problemi del processo di trattamento delle acque di scarico industriali.
L’acqua ultra pura o demineralizzata è utilizzata in molte applicazioni ad esempio nella diluizione di prodotti farmaceutici o chimici. Gli impianti di demineralizzazione a livello industriale fanno ampio uso dei conduttivimetri per assicurare bassi livelli di conducibilità. Hanna Instruments ha sviluppato strumenti come HI98197 per la conducibilità, studiato appositamente per acqua ultra pura.
Tutte le aziende dotate di caldaie industriali dovrebbero prestare ampia attenzione al corretto mantenimento dei tubi e al controllo sistematico di Conducibilità, TDS e Durezza soprattutto al fine di prevenire incrostazioni e danni al sistema idraulico e di riscaldamento.
Utilizzando i conduttivimetri è possibile avere un'ottima approssimazione del valore della durezza dell’acqua, anche in gradi francesi. La durezza è determinata dalla concentrazione di carbonato di calcio (CaCO3) e carbonato di magnesio (MgCO3), i quali costituiscono circa il 90% dei solidi disciolti nell’acqua. L’unità di misura più comune della durezza è il grado francese (°f).
Se si utilizza un misuratore TDS (Totale Solidi Disciolti), per ottenere il valore della durezza dell’acqua è necessario dividere per 10 il valore espresso in ppm (1°f = 10 ppm di CaCO3). Se invece si utilizza un misuratore EC (Conducibilità Elettrica), per convertire la conducibilità in durezza è necessario dividere per 20 il risultato in µS/cm (1°f = 20 µS/cm).
C’è un dettaglio molto importante, a cui prestare massima attenzione nel caso di analisi della durezza tramite conduttivimetri: le misure devono essere eseguite a monte di eventuali impianti di addolcimento. Tali dispositivi, infatti, sostituiscono il calcio (carbonato) con il sodio, diminuendo quindi il grado di durezza dell’acqua, pur non variando la concentrazione complessiva di solidi disciolti.
Al fine di migliorare la praticità concreta di analisi, Hanna Instruments ha sviluppato una serie molto ampia di strumenti che misurano la conducibilità assieme ad altri parametri, al fine di migliorare la completezza del ventaglio delle informazioni utili all’utilizzatore nel suo contesto di analisi. Molte figure professionali beneficiano dei vantaggi dei conduttivimetri Hanna Instruments: dal Responsabile di Laboratorio, al Tecnico per le analisi ambientali, al Tecnico di Laboratorio nelle Industrie dei più vari settori, agli Tecnici di Agricoltura ed Idroponica, agli Appassionati di chimica.
Alcuni conduttivimetri Hanna Instruments professionali offrono il vantaggio di misurare oltre alla conducibilità anche il pH (HI991300, HI991301, HI9814). Altri conduttivimetri professionali oltre alla conducibilità misurano anche temperatura, lo convertono in TDS, Salinità, Resistività (HI98192, HI98197). Il pHmetro professionale HI98199 per analisi ambientali e sul campo prevede poi la possibilità di misurare, oltre al pH, anche la Conducibilità e l’Ossigeno Disciolto con le sonde opzionali.
Hanna Instruments ha poi studiato sonde multiparametriche robuste, complete e affidabili per l’analisi fino a 17 parametri, tra i quali anche la conducibilità. Per le misure di continuo in linea Hanna ha poi sviluppato controller da processo specifici come HI520.
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