Sensorer för konduktivitet: Övervakning av vattenkvalitet

Vad är konduktivitet?

Konduktivitet är vattnets förmåga att leda elektricitet. Denna ledning kräver att jonerna i vattnet är laddningsbärare. Rent vatten innehåller inga joner (bortsett från enstaka oseriösa vattenmolekyler) och är därför en mycket dålig ledare av elektricitet. Men när vatten tar upp kemiska salter tillför dessa salter joner till vattnet när de löses upp. I takt med att vattnets jonstyrka ökar, ökar också ledningsförmågan – ju ”saltare” vattnet är, desto högre är ledningsförmågan.

Observera att en konduktivitetsmätning inte nödvändigtvis säger något om koncentrationen av joner i vattnet, eftersom olika joner bidrar på olika sätt till konduktiviteten. Stora, otympliga joner, som acetat, bidrar inte till att leda elektricitet på ett bra sätt. Små, snabba joner, som H+, ger ett mycket högre bidrag per jon till konduktiviteten. Eftersom naturliga vatten vanligtvis är ständigt föränderliga blandningar av joner är en konduktivitetsavläsning endast en relativ mätning av jonkoncentrationen.

Salthalten beräknas ofta utifrån konduktiviteten genom att man antar att vattnet har en kemisk sammansättning som är mycket lik den i havsvatten. I havsvatten är en konduktivitet på 55.000 µS/cm ungefär samma sak som en salthalt på 35 PSS (PSS är den praktiska salthaltsskalan, som har ersatt de traditionella ppt-enheterna för salthalt). Salthalt definieras tekniskt endast för små utspädningar och koncentrationer av saltvatten, och används därför sällan i sötvattensarbete.

Varför är konduktivitet viktigt vid övervakning av vattenkvalitet?

Ur kemisk synvinkel kan konduktivitetsavläsningar användas för att övervaka stabiliteten i en vattenförekomst. En oförändrad konduktivitet innebär vanligtvis att inga kemikalier tillsätts till eller dras bort från vattnet. En ökning av konduktiviteten kan tyda på en ökning av joner från en föroreningskälla, t.ex. ett avloppsutsläpp, avrinning från jordbruket eller tidvatteninträngning. En sänkning av konduktiviteten kan tyda på en minskning av kemikalietillförseln och/eller en ökning av färskvattentillförseln (t.ex. från ett regn).

Konduktivitetsavläsningar kan också användas för att bedöma biologisk hälsa eftersom vissa växt- och djurarter är känsliga för höga eller låga konduktiviteter. Ostron mår t.ex. inte bra i kraftigt utspätt havsvatten. Sötvattensfiskar mår inte bra i salta vatten.

Konduktivitetsavläsningar kan också användas för slutledningar. Vid övervakning av sötvattenstränder är det t.ex. vanligt att anta att en plötslig ökning av konduktiviteten beror på förorening av avloppsvatten eller avrinning från regn – båda dessa faktorer är vanligtvis förknippade med höga bakterietal. Därför kan konduktivitetsökningen vara en anledning att stänga stränderna.

Slutligen används konduktivitetsavläsningar för att korrigera vattennivåmätningar och avläsningar av upplöst syre. Ökad konduktivitet innebär ökad vattendensitet, så mätningar av vattennivån måste minskas för att kompensera. Ökad konduktivitet minskar också lösligheten av syre i vatten, så beräkningar av procentuell syremättnad måste ökas för att kompensera.

Hur mäts konduktivitet?

Konduktivitet mäts oftast med toroidala sensorer eller sensorer med fyra elektroder. Toroidala sensorer används sällan i multisonder eftersom de har dålig känslighet vid låga konduktiviteter. Fyraelektrodsensorer fungerar genom att mäta den ström som krävs för att upprätthålla en fast spänning mellan två elektrodpar som är åtskilda av en fast vattengeometri. Båda metoderna är mer än tillräckliga för de flesta studier av naturliga vatten.

Hur kalibrerar man konduktivitetssensorer?

Konduktivitetsgivare kalibreras med en standard, och den standarden är nästan alltid en känd koncentration av kaliumklorid (KCl). Det värde vid vilket kalibreringen görs beror på tillämpningen – för mycket sött vatten är en standard med låg konduktivitet bäst och vice versa. Välj en kalibreringsstandard som är lite högre än den högsta avläsning som du förväntar dig att se i fält.

Vilka andra parametrar påverkar konduktivitetsmätningar?

Konduktivitet är ett direkt mått på den elektriska ledningsförmågan, och den elektriska ledningsförmågan varierar med vattentemperaturen. Vatten vid 15 °C har lägre konduktivitet än samma vatten vid 30 °C. För att göra det lättare att jämföra konduktivitetsavläsningar är det vanligt att ”korrigera” avläsningarna till 25 °C – det vill säga rapportera konduktiviteten som den skulle vara om vattentemperaturen ändrades till 25 °C. Avläsningar som korrigerats till 25 °C kallas ”specifik konduktans” i stället för konduktivitet.