電導率測量和精確校準 梅特勒

電導率測量和精確校準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.電導率測量藥典對電導率的測量要求電導率傳感器溫度補償.電導率系統(tǒng)精確校準純水電導率的應用3.醫(yī)藥.電子半導體.電力水系統(tǒng)工藝過程在線分析4電導率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水預處理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機泵UV殺菌裝置到用戶使用點精密過濾器0.2

micron終端過濾0.1micron0.1

mic使用點過濾器注射用水-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細菌內毒素(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，詳見水電導率<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相同細菌內毒素(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，詳見水電導率<645>章節(jié).Note

4.

精度Rs-Rw.

見

643

TOC.Note

5.如果測量電導率，則不需要監(jiān)測2009.1.1頒布

Note

6.與USP水電導率<645>章節(jié)第2階段相同USP

645

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

導體的電導率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為電導值，G=1/Rκ=1/ρ

（電導率是電阻率的倒數(shù)）電阻率表征導體材料的特性13電導率/電阻率探頭的種類2-電極4-電極測量中高電導率介質如：相分離過程測量低電導率介質如：超純水同軸電極內電極外電極外電極內電極絕緣體152-電極電導探頭的安裝√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，最終導致電導率偏離真實值，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

~驅動環(huán)測量環(huán)+-+---+-+-++-

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

ACHH+2OHNa+OHH+C

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

50

60Temperature

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

ppb1730

ppb1.0pb395

ppb129

ppb0.1040ppb0

ppb0.010

10

20

30

40

50

60

70

80

90

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

μS的線性補償°(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溫度溫度對電導率的影響離子電導溫度補償性能(0.1uS/cm)2520151050Instrument

AInstrument

BInstrument

CInstrument

DInstrument

E-5-10-15-20-25010203060708090

10040

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

645

Stage

1要求31(無溫度補償?shù)碾妼手?最大電導率值

(μS/cm)最大電導率值

(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℃未補償?shù)碾妼手凳?.7

μS/cm，80℃時電導率限度值為2.7

μS/cm.通過!USP

645

水電導率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)電導率溫度補償34溫度補償?shù)闹匾栽谟?過程控制例如：電導率值從15℃下未補償值0.068

μS/cm

(14.7

M-cm)上升到80℃時測得的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）總溶解固體，TDS值越高，表示水中含有的溶解物越多。Agenda35.電導率測量.電導率系統(tǒng)精確校準儀表校準溫度傳感器校準電導率傳感器校準校準順序–1.儀表電子元件部分4.0M100K高電阻低電阻溫度1.0K20.0K1.0K1.4K校準順序–1.儀表電子元件部分37不僅1)校準/驗證全量程范圍的電阻值和內部回路而且2)校準/驗證電阻/回路的適用范圍RrrVrrACVcell校準工具38儀表廠家提供的標準校準工具-內部結構儀表外接電阻箱校準-139Internal

usage

onlyRES1、校準電阻SIG1和GND接電阻，同時SIG1和SIG3短路2、校準溫度SIG4和SUG5接電阻，同時

SIG5和GND短路Temp儀表外接電阻箱校準-240Internal

usage

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

usage

only電阻率電阻123456789①②溫度線③補償線1750Ω電阻33線PT1000溫度電阻2Agenda42.電導率測量.電導率系統(tǒng)精確校準儀表校準溫度傳感器校準電導率傳感器校準校準順序–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.電導率測量.電導率系統(tǒng)精確校準儀表校準溫度傳感器校準

電導率傳感器校準校準順序–3.電極常數(shù)45內電極外電極1cm0.1cm

1cm0.1

常數(shù)電導常數(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－離線_普通水47氯化鉀分子量：74.56mol/g濃度（mS/cm電導率（

）KCL

mol/L）電導率（

μS/cm）0.10.0011470.1470.005717.80.71780.0114131.4130.0227672.7670.0566686.66812.88111

.8128801111800電導傳感器校準－在線48現(xiàn)場電導/阻率變送器和傳感器標準電導/阻率變送器和傳感器校準順序–3.電極常數(shù)49.步驟使用校準過的表最好和實際線纜長度一致連接傳感器和儀表使用一個參比電導率系統(tǒng)，比較測得電導率值和參比電導率值如有差別，使用變送器相應軟件調校.這種“調校

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