電導(dǎo)率測量和精確校準(zhǔn) 梅特勒

電導(dǎo)率測量和精確校準(zhǔn)2015.11梅特勒-托利多張軍義1產(chǎn)品經(jīng)理158

5078

4931junyi.zhang@

4008

878

989梅特勒-托利多過程分析Agenda2.電導(dǎo)率測量藥典對電導(dǎo)率的測量要求電導(dǎo)率傳感器溫度補(bǔ)償.電導(dǎo)率系統(tǒng)精確校準(zhǔn)純水電導(dǎo)率的應(yīng)用3.醫(yī)藥.電子半導(dǎo)體.電力水系統(tǒng)工藝過程在線分析4電導(dǎo)率TOCpHORP臭氧溶氧純化水系統(tǒng)RO保安過濾器熱交換器堿加藥進(jìn)水預(yù)處理2級反滲透Cl2加藥.酸加藥.混床或CEDI超純水儲罐拋光混床脫氣裝置終端過濾0.5

micron機(jī)泵UV殺菌裝置到用戶使用點(diǎn)精密過濾器0.2

micron終端過濾0.1micron0.1

mic使用點(diǎn)過濾器注射用水-現(xiàn)行5Internal

usage

onlyAttribute1USP

38US/EU/JP/WHO飲用水源水描述EP

8.3日常用水JP

16JP專用水ChP5純化水IP飲用水或純化水清澈，無色，無味清澈，無色，無味清澈，無色，無味生產(chǎn)方法蒸餾或合適的方法蒸餾蒸餾或反滲透/超濾或純化水蒸餾蒸餾微生物(cfu/100

mL)2-10-1010電導(dǎo)率(mS/cm

@

25℃)1.3

(3

stage)3與USP相同2.1離線6與USP相同與USP相同TOC

(mg/L)0.540.50.50.50.5細(xì)菌內(nèi)毒素(EU/mL)0.250.250.250.250.25硝酸鹽(ppm)0.20.060.2He重金屬(ppm)2009頒布0.1PW必須酸堿度指示劑pH5.0-7.0鈣/鎂氯化物硫酸鹽亞硝酸鹽(ppm)JP

16頒布CP

2010頒布0.02IP

2012頒布氨(ppm)0.2易氧化物(/100

mL)不揮發(fā)物(mg/mL)1/100Note

1.所有數(shù)據(jù)位最大限度，除非有特殊說明Note

2.微生物檢測是一致的，除了EP將測試要求寫入了生產(chǎn)章節(jié)，USP將測試包括在沒有概要說明的<1231>章節(jié)Note

3.檢測限值和溫度相關(guān)，詳見水電導(dǎo)率<645>章節(jié)

Note

4.WFI存儲溫度>80℃，循環(huán)溫度>70℃.Note

5.與TOC二選一.Note

6..與USP水電導(dǎo)率<645>章節(jié)第2階段相同純化水-現(xiàn)行6Internal

usage

onlyAttribute1USP

38US/EU/JP/WHO飲用水源水描述EP

8.3日常用水JP

16JP用水ChP飲用水IP飲用水清澈，無色，無味清澈，無色，無味清澈，無色，無味清澈，無色，無味蒸餾，RO，離子蒸餾，RO，離子蒸餾，RO，離子交換，超濾或聯(lián)用交換或合適的工藝交換或合適的工藝生產(chǎn)方法合適工藝合適工藝微生物(cfu/mL)2100100100100100電導(dǎo)率(mS/cm

@

25℃)1.3

(3

stage)35.1

(1

stage)2.1離線6與EP相同與USP相同TOC

(mg/L)0.54與USP相同Same

as

USP與USP相同與USP相同細(xì)菌內(nèi)毒素(EU/mL)硝酸鹽(ppm)0.20.060.2重金屬(ppm)酸堿度0.1指示劑0.1指示劑pHIP

2012頒布鈣/鎂氯化物JP

16頒布CP

2010頒布硫酸鹽亞硝酸鹽(ppm)0.02氨(ppm)易氧化物(/100

mL)不揮發(fā)物(mg/mL)0.31/100Note

1.所有數(shù)據(jù)位最大限度，除非有特殊說明.Note

2.微生物檢測是一致的，除了EP將測試要求寫入了生產(chǎn)章節(jié)，USP將測試包括在沒有概要說明的<1231>章節(jié)

Note

3.檢測限值和溫度相關(guān)，詳見水電導(dǎo)率<645>章節(jié).Note

4.

精度Rs-Rw.

見

643

TOC.Note

5.如果測量電導(dǎo)率，則不需要監(jiān)測2009.1.1頒布

Note

6.與USP水電導(dǎo)率<645>章節(jié)第2階段相同USP

645

水電導(dǎo)率Stage

1限度值10.09.0Cl

Model1.08.07.0NH3

ModelUSP

<645>

Stage

1

Limit6.05.04.03.02.02.7

2.7

2.7

2.72.9

3.1.52.1

2.2

2.4

21.4

1.5

1.7

1.8

1.9300.8

0.9

1.0

1.1

1.310

200.00.6070809010040

50

60Temperature

(°C),,EP電導(dǎo)率限度值-2004年7月1日開始執(zhí)行的811.010.010.29.08.07.06.05.04.09.7

9.79.79.18.17.16.5EP純化水限值EP注射水限值5.45.14.33.62.5

2.7

2.7

2.7

2.72.9

3.1703.02.02.41.01.9

2.1

2.2

2.450

601.3

1.4

1.41.7

1.830

400.00.6

0.8

0.9

1.0

1.10

10

208090100Temperature

(°C)制藥用水電導(dǎo)率92010版藥典對電導(dǎo)率測量儀器的要求，2015版藥典繼續(xù)沿用Agenda10.電導(dǎo)率測量藥典對電導(dǎo)率的測量要求電導(dǎo)率傳感器溫度補(bǔ)償.電導(dǎo)率系統(tǒng)精確校準(zhǔn)電導(dǎo)測量系統(tǒng)11.電導(dǎo)測量的是溶液的導(dǎo)電能力.測量總的離子濃度AV-+電導(dǎo)的基本公式--歐姆定律如果把電壓U加在一長度為L，截面積為A的固體導(dǎo)體上，電流I取決于導(dǎo)體的電阻R。公式電導(dǎo)的基本公式_電阻率VS電導(dǎo)率導(dǎo)體的電阻率ρ與幾何特性

導(dǎo)體的電導(dǎo)率κ與幾何特性成正比，也就是和長度L成成正比，也就是和長度L成正比，和截面積A成反比。

反比，和截面積A成正比。公式1： 公式2：?

=

?

????

=

?

???G為電導(dǎo)值，G=1/Rκ=1/ρ

（電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)）電阻率表征導(dǎo)體材料的特性13電導(dǎo)率/電阻率探頭的種類2-電極4-電極測量中高電導(dǎo)率介質(zhì)如：相分離過程測量低電導(dǎo)率介質(zhì)如：超純水同軸電極內(nèi)電極外電極外電極內(nèi)電極絕緣體152-電極電導(dǎo)探頭的安裝√12x3入口出口氣泡固體空氣柱211電極安裝示意圖423121221152Internal

usage

only電導(dǎo)率傳感器的選擇17.電極常數(shù)的選擇常數(shù)越小，

精度越高，

測量范圍越小常數(shù)越大，測量精度越低，

測量范圍越大0.010.1消除電解18.電導(dǎo)率的測量原理是將相互平行且距離是固定值L的兩塊極板（或圓柱電極），放到被測溶液中，在極板的兩端加上一定的電壓，為了避免溶液電解，通常為正弦波電壓，頻率1～3kHz）。極化作用對電導(dǎo)率的影響19.2-電極產(chǎn)生極化現(xiàn)象-因不同陰離子、陽離子相互作用不同，最終導(dǎo)致電導(dǎo)率偏離真實(shí)值，產(chǎn)生測量誤差VV--

++-++-+++--+

-+

-+

-++++---

--+離子云初始狀態(tài)加電壓后消除極化20.4-電極V

~驅(qū)動環(huán)測量環(huán)+-+---+-+-++-

+-+4-電極測量范圍寬4-電極電導(dǎo)探頭結(jié)構(gòu)21電纜接頭緊固螺母O-型圈驅(qū)動電極1驅(qū)動電極2測量電極4-電極電場!Agenda23.電導(dǎo)率測量藥典對電導(dǎo)率的測量要求電導(dǎo)率傳感器溫度補(bǔ)償.電導(dǎo)率系統(tǒng)精確校準(zhǔn)溫度對電導(dǎo)率的影響24~

ACHH+2OHNa+OHH+C

-H溫度補(bǔ)償25為什么在USP<645>中USP美國藥典不允許溫度補(bǔ)償?.來自不同設(shè)備商的測量缺乏具重復(fù)性的測試結(jié)果.在未補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)下測量結(jié)果重復(fù)性好.雜質(zhì)種類、含量不會一模一樣溫度對電導(dǎo)率的影響26.超純水理論補(bǔ)償曲線100101010203070809010040

50

60Temperature

(°C)溫度對電導(dǎo)率的影響27.不同濃度氯化鈉溶液電導(dǎo)率和溫度的關(guān)系10.04390

ppb1730

ppb1.0pb395

ppb129

ppb0.1040ppb0

ppb0.010

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100溫度(°C)溫度對電導(dǎo)率的影響28補(bǔ)償誤差超純水的線性補(bǔ)償(2%/°C)10

μS的線性補(bǔ)償°(2%/

C)5.04.03.02.01.00.0-1.0-2.0-3.0-4.0-5.0010

20

30

40

50

60

70

80

90

100溫度溫度對電導(dǎo)率的影響離子電導(dǎo)溫度補(bǔ)償性能(0.1uS/cm)2520151050Instrument

AInstrument

BInstrument

CInstrument

DInstrument

E-5-10-15-20-25010203060708090

10040

50溫度(℃)電導(dǎo)率的溫度補(bǔ)償30測量時(shí)是否需要選擇溫度補(bǔ)償？不做溫度補(bǔ)償是，所有測量使用有時(shí)取決于測量目的其他USP

645

Stage

1要求31(無溫度補(bǔ)償?shù)碾妼?dǎo)率值)最大電導(dǎo)率值

(μS/cm)最大電導(dǎo)率值

(μS/cm)溫度

(℃)溫度

(℃)00.650.8552.1100.9602.2151.0652.4201.1702.5251.3752.7301.4351.5852.7401.7902.7451.8952.9501.9

100

3.1例如:溫度83.7℃未補(bǔ)償?shù)碾妼?dǎo)率值是1.7

μS/cm，80℃時(shí)電導(dǎo)率限度值為2.7

μS/cm.通過!USP

645

水電導(dǎo)率Stage

1限度值3210.09.0Cl

Model1.08.07.0NH3

ModelUSP

<645>

Stage

1

Limit6.05.04.03.02.02.7

2.7

2.7

2.72.9

3.1.52.1

2.2

2.4

21.4

1.5

1.7

1.8

1.9300.8

0.9

1.0

1.1

1.310

200.00.6070809010040

50

60Temperature

(°C)EP電導(dǎo)率限度值-2004年7月1日開始執(zhí)行的3311.010.010.29.08.07.06.05.04.09.7

9.79.79.18.17.16.5EP純化水限值EP注射水限值5.45.14.33.62.5

2.7

2.7

2.7

2.72.9

3.1703.02.02.41.01.9

2.1

2.2

2.450

601.3

1.4

1.41.7

1.830

400.00.6

0.8

0.9

1.0

1.10

10

208090100Temperature

(°C)電導(dǎo)率溫度補(bǔ)償34溫度補(bǔ)償?shù)闹匾栽谟?過程控制例如：電導(dǎo)率值從15℃下未補(bǔ)償值0.068

μS/cm

(14.7

M-cm)上升到80℃時(shí)測得的0.500

μS/cm(最低2.00

M-cm)水的純度是“提高”了還是“變差”了？.

0.068

μS/cm

at

15

℃等同于

0.100

μS/cm

at

25℃TDS

=

20.7

ppb

NaCl.

0.500

μS/cm

at

80

℃等同于

0.069

μS/cm

at

25℃TDS

=

6.5

ppb

NaCl注:TDS（Total

dissolved

solids）總?cè)芙夤腆w，TDS值越高，表示水中含有的溶解物越多。Agenda35.電導(dǎo)率測量.電導(dǎo)率系統(tǒng)精確校準(zhǔn)儀表校準(zhǔn)溫度傳感器校準(zhǔn)電導(dǎo)率傳感器校準(zhǔn)校準(zhǔn)順序–1.儀表電子元件部分4.0M100K高電阻低電阻溫度1.0K20.0K1.0K1.4K校準(zhǔn)順序–1.儀表電子元件部分37不僅1)校準(zhǔn)/驗(yàn)證全量程范圍的電阻值和內(nèi)部回路而且2)校準(zhǔn)/驗(yàn)證電阻/回路的適用范圍RrrVrrACVcell校準(zhǔn)工具38儀表廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)工具-內(nèi)部結(jié)構(gòu)儀表外接電阻箱校準(zhǔn)-139Internal

usage

onlyRES1、校準(zhǔn)電阻SIG1和GND接電阻，同時(shí)SIG1和SIG3短路2、校準(zhǔn)溫度SIG4和SUG5接電阻，同時(shí)

SIG5和GND短路Temp儀表外接電阻箱校準(zhǔn)-240Internal

usage

only電阻率電阻123456789溫度電阻儀表外接電阻箱校準(zhǔn)-241Internal

usage

only電阻率電阻123456789①②溫度線③補(bǔ)償線1750Ω電阻33線PT1000溫度電阻2Agenda42.電導(dǎo)率測量.電導(dǎo)率系統(tǒng)精確校準(zhǔn)儀表校準(zhǔn)溫度傳感器校準(zhǔn)電導(dǎo)率傳感器校準(zhǔn)校準(zhǔn)順序–2.傳感器溫度元件部分43.同樣的溶液.同樣的容器.同樣的溫度25.00A

147,93

μS/cmB

147,93

μS/cmAgenda44.電導(dǎo)率測量.電導(dǎo)率系統(tǒng)精確校準(zhǔn)儀表校準(zhǔn)溫度傳感器校準(zhǔn)

電導(dǎo)率傳感器校準(zhǔn)校準(zhǔn)順序–3.電極常數(shù)45內(nèi)電極外電極1cm0.1cm

1cm0.1

常數(shù)電導(dǎo)常數(shù)=乘法器電極常數(shù)的長期穩(wěn)定性460.1100.1080.1060.1040.1020.1000.0980.0960.0940.092208859

PC228403

PC237855

PC297063

MAXP03013

MAX0.090Jul-98Dec-99Apr-01Jan-04May-05Oct-06Sep-02Calibration

Date電極校準(zhǔn)－離線_普通水47氯化鉀分子量：74.56mol/g濃度（mS/cm電導(dǎo)率（

）KCL

mol/L）電導(dǎo)率（

μS/cm）0.10.0011470.1470.005717.80.71780.0114131.4130.0227672.7670.0566686.66812.88111

.8128801111800電導(dǎo)傳感器校準(zhǔn)－在線48現(xiàn)場電導(dǎo)/阻率變送器和傳感器標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)/阻率變送器和傳感器校準(zhǔn)順序–3.電極常數(shù)49.步驟使用校準(zhǔn)過的表最好和實(shí)際線纜長度一致連接傳感器和儀表使用一個(gè)參比電導(dǎo)率系統(tǒng)，比較測得電導(dǎo)率值和參比電導(dǎo)率值如有差別，使用變送器相應(yīng)軟件調(diào)校.這種“調(diào)校

”是為了賦予一個(gè)新的電極常數(shù)。不是物理調(diào)校需要時(shí)向儀表輸入新的校準(zhǔn)因子校準(zhǔn)順序–3.電極常數(shù)50.電極常數(shù)值是一個(gè)常數(shù),單位是cm-1.單點(diǎn)