أهم عشرة أخطاء في قياس الناقلية الكهربائية للمياه
تعدّ الناقلية الكهربائية مؤشراً هاماً لكمية الشوارد المنحلة في المياه.
عموماً، تعدّ قياسات الناقلية الكهربائية سهلة التنفيذ بالمقارنة مع الطريقة الوزنية لقياس كمية المواد الصلبة المنحلة الكلية (TDS) والتي فيها من التعقيد ما يكفي بسبب عمليات التجفيف وقياس الأوزان.
تعدّ شركة Thermo Fischer Scientific من الشركات المعروفة في تصنيع المعدّات المخبرية، وقد استفادت من خبرة زبائنها في سرد الأخطاء المؤثرة على دقّة قياس الناقلية الكهربائية.
وفيما يلي أهم عشرة أخطاء:
1 ■ استعمال خلية قياس غير مناسبة:
لا بدّ من طرح عدّة أسئلة عند اختيار خلية القياس المناسبة:
- ما هي المواد الداخلة في تركيب الخلية؟
تتنوّع المواد الداخلة في تركيب خلايا القياس، تلعب مكوّنات العينة المُراد فحصها دوراً رئيسياً في اختيار الخلية المناسبة. يُفضّل استعمال خلية قوية إذا كان جهاز القياس من النوع المحمول خارج المخابر.
- ما هو مقدار ثابت الخلية الافتراضي؟
عموماً، يتم استخدام خلايا يتراوح ثابتها الافتراضي من 0.1 إلى 10cm-1، حيث يفضّل استخدام خلايا ذي ثابت افتراضي صغير عند انخفاض الناقلية الكهربائية للعينات المفحوصة.
عملياً، لن يحافظ ثابت الخلية على قيمته الافتراضية، وهنا تبرز أهمية المعايرة لإعادة ثابت الخلية الفعلي إلى قيمته الافتراضية.
- كم عدد الكترودات الخلية (2 أم 4)؟
تمتاز الخلايا رباعية الالكترود بانخفاض خطأها الذي قد ينتج عن الاستقطاب، تلوّث الالكترود أو مقاومة السلك الكهربائي؛ ومع ذلك تُفضَّل الخلايا ثنائية الاكترود عند فحص المياه النقية ذي الناقية الكهربائية المنخفضة جداً.
- هل الأفضل استعمال خلية قياس تدفقية أم خلية قياس يمكن غمرها؟
يُفضّل استعمال خلية قياس تدفقية في حالة المياه النقية التي تتأثر ناقليتها الكهربائية بامتصاص غاز CO2 من الجو.
مثال عملي: عند قياس الناقلية الكهربائية لمياه الصرف، يُفضّل استخدام خلية قياس قوية مادتها غير زجاجية، يتراوح ثابتها من 0.4cm-1 إلى 1cm-1، رباعية الالكترود، ويتم غمرها في العينة.
2 ■ تجاهل تأثير درجة الحرارة:
لدرجة حرارة العينة تأثير كبير على قيمة الناقلية الكهربائية المُقاسة.
فمثلاً، تزداد الناقلية الكهربائية لمحلول كلوريد الصوديوم بمقدار 2% عند كل ارتفاع لدرجة الحرارة بمقدار درجة مئوية واحدة، أي سترتفع الناقلية الكهربائية بمقدار 20% عند ارتفاع درجة حرارة المحلول من 15°C إلى 25°C.
يمكن تعويض الاختلاف الناتج عن تغيّر درجة الحرارة، وذلك بحساب الناقلية الكهربائية المتوقعة عند درجة حرارة مرجعية (مثلاً 25°C).
3 ■ تجاهل دور معامل تعويض درجة الحرارة:
عند تعطيل خاصية تعويض درجة الحرارة، يقوم الجهاز بعرض الناقلية الكهربائية الموافقة لدرجة حرارة العينة، لذلك لا بدّ من تسجيل درجة حرارة العينة.
أما عند تفعيل خاصية تعويض درجة الحرارة، يقوم الجهاز بعرض الناقلية الكهربائية الموافقة لدرجة الحرارة المرجعية، لذلك لا بدّ من تسجيل درجة الحرارة المرجعية.
4 ■ وضع إعدادات غير مناسبة لتعويض درجة الحرارة:
لا بدّ من طرح عدّة أسئلة عند اختيار الإعدادات الخاصة بتعويض درجة الحرارة، فمثلاً:
- ما هي الحالات التي يجب تعويض درجة الحرارة فيها؟
- ما هي درجة الحرارة المرجعية المناسبة؟
- هل الأفضل تطبيق الخاصية الخطية أو غير الخطية عند تعويض درجة الحرارة؟
- ما هو معامل تعويض درجة الحرارة المناسب؟
عند تفعيل خاصية تعويض درجة الحرارة، سيزداد الخطأ في حساب الناقلية الكهربائية كلّما ابتعدت درجة حرارة العينة عن درجة الحرارة المرجعية.
مثال عملي: عند قياس الناقلية الكهربائية لمياه الشرب ومياه الصرف في الولايات المتحدة الأميركية، فمن الشائع تطبيق خاصية تعويض درجة الحرارة بحيث تكون درجة الحرارة المرجعية 25°C مع اختيار الخاصية الخطية ومعامل تعويض درجة الحرارة بقيمة 2% تقريباً.
5 ■ قراءة النتيجة قبل توازن درجة الحرارة:
يجب الانتظار قليلاً حتى تتعادل درجة حرارة خلية القياس مع درجة حرارة العينة، وتزداد أهمية الانتظار عند عدم تطبيق خاصية تعويض درجة الحرارة.
6 ■ إجراء معايرات معقّدة لا داعي لها:
تهدف عملية المعايرة إلى تحديد ثابت خلية القياس.
وفقاً للطريقة 2510B الواردة في الكتاب الأميركي “الطرق القياسية لفحص المياه ومياه الصرف” فيكفي إجراء معايرة بمحلول قياسي واحد.
يعدّ محلول كلوريد البوتاسيوم ذي المولارية 0.01 من أشهر محاليل المعايرة، وتبلغ ناقليته الكهربائية 1413µS/cm عند درجة حرارة 25°C.
عند فحص عينات تختلف كثيراً في ناقليتها الكهربائية، فيكفي التأكد من صحة قراءة الجهاز بتجريبه على محاليل قياسية ناقليتها الكهربائية قريبة من العينات المُراد فحصها.
7 ■ سوء التعامل مع العينات منخفضة الناقلية الكهربائية:
عموماً يصعب جمع وتخزين وفحص العينات التي تقل ناقليتها الكهربائية عن حدود 147µS/cm (تعادل محلول كلوريد البوتاسيوم بمولارية 0.001). تتأثر هذه العينات بسهولة بأي مواد ملوّثة أو أي امتصاص لغاز CO2 من الجو وكذلك عند طرد الغازات من العينة.
من الناحية المثالية، يجب تخزين العينات منخفضة الناقلية الكهربائية في أوعية نظيفة جداً وبحيث تخلو من غازات الجو، ولذلك يُفضّل استعمال الخلايا التدفقية أو إجراء القياسات في مكان أخذ العينة.
يجب أن تحافظ الأجهزة على دقة قياسها حتى في حال انخفاض الناقلية الكهربائية، ومع ذلك فإن لاستقرار ونقاوة العينة أثراً كبيراً على دقة القراءة.
8 ■ استعمال محاليل قياسية ذي ناقلية كهربائية منخفضة جداً:
يعمد البعض إلى معايرة أجهزتهم بمحاليل قياسية منخفضة الناقلية الكهربائية. بالعودة إلى الفقرة السابقة، يصعب التعامل مع المحاليل القياسية منخفضة الناقلية الكهربائية.
تتواجد في الأسواق محاليل قياسية منخفضة الناقلية الكهربائية، ولكن أظهرت الدراسات عدم دقّة هذه المحاليل عند الاستعمال.
بدلاً من إجراء المعايرة، يُفضّل استعمال هذه المحاليل للقراءة فقط (للتأكد من إعطاء الجهاز قيماً مقبولة).
9 ■ تخزين وصيانة غير مناسبين لخلية القياس:
يُمكن غمر خلية القياس في الماء العادي أو منزوع الشوارد وذلك بين كل عمليتي قياس؛ ولكن بعد الانتهاء من العمل على الجهاز أو عند تخزينه لمدّة طويلة فيجب شطف الخلية جيداً بالماء منزوع الشوارد ومن ثم الحفاظ على الخلية جافة.
سيؤدي تخزين خلية القياس في المياه، حتى لو كانت نظيفة، إلى ضرر في الالكترودات حيث ستتغيّر مساحة السطح ولن يبقى ثابت الخلية على حاله.
حتى لو لم تكن آثار التلوّث بادية للعين المجرّدة فستؤثر على عمل الخلية. عند الاتساخ، يُنصح بتنظيف الالكترودات بواسطة محاليل مخبرية خاصّة.
10 ■ تطبيق “معامل الـ TDS” بشكل خاطئ:
لا يمكن إيجاد علاقة ثابتة بين الناقلية الكهربائية وكمية المواد الصلبة الكلية المنحلة (TDS)، ولكن يمكن إيجاد نسب تقريبية عند دراسة عينات مائية من نفس المصدر وبحيث لا تتغيّر الظروف المحيطة.
وبذلك يتم تطبيق معامل الـ TDS على قراءة الناقلية الكهربائية للوصول إلى قيمة تقريبية للـ TDS. يتم تطبيق معامل الـ TDS إما يدوياً أو عبر إدخاله في إعدادت الجهاز.
تفتقد قيمة الـ TDS الناتجة إلى الدقة، إذ تُحدّد قيمتها الدقيقة بواسطة الطريقة الوزنية التي تعتمد على مبدأ التجفيف.
عموماً تتراوح قيمة معامل الـ TDS من 0.47 إلى 0.90 حيث تُحتسب تجريبياً بمقارنة قيمة الناقلية الكهربائية مع قيمة الـ TDS الناتجة عن الطريقة الوزنية. يتغيّر معامل الـ TDS بتغيّر المواد المنحلة في الماء وبتغيّر درجة حرارة القياس.
تأكد من قيمة معامل الـ TDS المطبقة في جهاز قياس الناقلية الكهربائية الذي تعمل به.
