Elektrická vodivost vs TDS (obsah rozpuštěných pevných látek)

Pokud doma upravujete pro potřeby akvária vodu pomocí reverzní osmózy (nebo i jinak), budete potřebovat nějakým způsobem měřit její „čistotu“. Kapkovými, kolorometrickými testy proměříte jen obsah několika málo sloučenin, například obsah hořčíku nebo draslíku, ale o „celkové čistotě“ vody vám to nic neřekne. V tuto chvíli přichází na scénu měrná elektrická vodivost a TDS (obsah rozpuštěných pevných látek). Na trhu existuje mnoho přístrojů, které dokáží tyto veličiny více či méně úspěšně měřit.  Pokud chcete vědět jak tyhle EC-metry a TDS-metry fungují, tak čtěte dále.

Konduktivita (Měrná elektrická vodivost)

EC (Electrical Conductivity) česky konduktivita nebo také měrná elektrická vodivost. Udává schopnost látky (v našem případě roztoku vody s nějakými dalšími látkami) vést elektrický proud. Měří se v µS/cm. Většina rozpouštědel včetně vody jsou obecně velmi špatnými vodiči. Že je voda známá jako vodič je dáno tím, že jako velmi dobré rozpouštědlo obsahuje vždy nějaké příměsi. Na 100% čistou vodu prostě nenarazíte. Destilovaná/osmotická voda by měla mít vodivost 0.

Co přesně způsobuje elektricou vodivost vody? Vodivost způsobují (v našem případě) volné ionty. To jsou elektricky nabité částice, které se díky svému náboji pohybují v roztoku a umožňují tak vedení el. proudu. Různé ionty mají různý náboj a různou „pohyblivost“ a tudíž mění vodivost roztoku různým způsobem. Ionty se do vody dostanou přidáním nějakého elektrolytu (rozpouštěná látka) při elektrolytické disociaci. To je jev, kdy se molekuly elektrolytu díky rozpouštědlu (voda) štěpí na zmíněné volné ionty, menší molekuly atd.

Různé látky se štěpí ve vodě na různé ionty a mění elektrickou vodivost jiným způsobem. NaCl například disociuje na Na⁺ + Cl^–. Ne každá látka ale může ve vodě disociovat. Některé látky disociují úplně, ty se řadí do kategorie silných elektrolytů. Patří sem třeba kyselina sírová (H₂SO₄) a kyselina chlorovodíková (HCl), hydroxid sodný (NaOH), chlorid draselný (KCl), chlorid sodný (NaCl). Tyto látky mění elektrickou vodivost výrazně. Některé elektrolyty disociují jen částečně a elektrickou vodivost mění relativně málo. Ty se řadí do skupiny slabých elektrolytů a patří sem třeba NH₄^– (amoniak) nebo MgSO₄ (síran hořečnatý). A nakonec látky, které nedisociují vůbec třeba sacharóza (cukr).

Elektrická vodivost je tedy značně závislá na teplotě a koncentraci elektrolytu. To ale neznamená, že při zvyšující se koncentraci se bude elektrická vodivost zvyšovat do nekonečna. Každý elektrolyt má určitou míru, kdy už se ve vodě nerozpouští. Také je dobré poznamenat, že ne všechny (v podstatě většina) elektrolyty zvedají elektrickou vodivost lineárním způsobem. Existuje dokonce početná skupina elektrolytů, které při dosažení určité koncentrace v roztoku už elektrickou vodivost nezvyšují, ale naopak snižují.

TDS (Celkový obsah rozpuštěných pevných látek)

TDS (Total Dissolved Solid) česky celkový obsah rozpuštěných pevných látek. Udává celkový obsah všech rozpuštěných pevných látek v daném objemu vody. Udává se nejčastěji v PPM (Parts Per Milion) česky částic na jeden milion. To znamená, že 500 ppm = 500 částic na 1 milion částic vody. Dá se to také interpretovat tak, že ve mnou měřeném roztoku je koncentrace dané látky 0,5 promile. Destilovaná voda by měla mít 0 ppm.

Elektrická vodivost vs. TDS – je mezi nimi nějaký vztah?

Asi by se dalo říci, že pokud rozpustím v destilované vodě jednu jedinou konkrétní látku X v jasně definovaném množství, pak roztok získá nějakou elektrickou vodivost. Předpokladem je, že rozpouštená látka X:

1. Ve vodě disociuje na elektricky nabité částice.
2. Nemůže při dosažení určité koncentrace vodivost snižovat.

V tomto konkrétním případě je mezi vodivostí a obsahem rozpuštěných částic celkem jasný vztah. V případě nesplnění podmínky 1) můžu přidávat látku do vody, aniž by se měnila elektrická vodivost a tedy není možné z vodivosti odvodit TDS. Pokud není splněna podmínka 2) pak po dosažení určité koncentrace začne elektrická vodivost klesat. Pro takovou látku pak existují pro jednu hodnotu vodivosti dvě různé hodnoty TDS.

Voda ale obsahuje mnoho různých rozpuštěných látek. Z toho plyne, že pokud neznám přesné složení roztoku, mezi vodivostí a TDS není jasný vztah, kterým by se dalo TDS z vodivosti odvodit. Stejné množství různých látek rozpuštěných ve vodě, může ovlivnit (záměrně nepíšu zvednout) vodivost roztoku různým způsobem.

Co vlastně meří měřáky TDS?

Měřáky elektrické vodivosti měří celkem jasně (s nějakou přesností) danou veličinu pomocí elektrod (to tu rozebírat nebudu). Otázka je, jak měřák TDS zjistí kolik částic se nachází v měřeném roztoku? TDS metr ve většině případů měří elektrickou vodivost a tu pak přepočítává na TDS. Je ale něco takového vůbec možné, když jsem v předchozím odstavci psal, že mezi vodivostí a TDS nenní žádný vztah?

Konduktometr Adwa AD31

Není to možné a proto tyto přístroje ukazují něco trochu jiného než většina lidí očekává. Běžné přístroje neukazují přesné TDS, ale pouze ekvivalent TDS, který by měl roztok při naměřené vodivosti, kdyby v něm byla rozpuštěna nějaká konkrétní látka. (Ne vždy se jedná o jednu látku. Může jít i o poměr několika látek.) Vetšina měřáků používá pro přepočet konduktivity na TDS konstantu, která se pohybuje v rozmezí 0,5 – 0,9 ppm na µS/cm. Aby v tom byl trochu bordel, tak každý výrobce to dělá trochu jinak. To jakou konstantu váš měřák používá a v jakých ekvivalentech měří zjistíte u výrobce. Funguje to tak, že se naměří vodivost například 200 µS/cm a vynásobí se nějakou konstantou často 0,5 µS/cm a máme 100 ppm.

Aby to bylo možné takto jednoduše vypočítat je nutné, aby látka v jejichž ekvivalentech měřák měří, splňovala podmínky 1 a 2 z předchozí kapitoly. Navíc musí splňovat podmínku, aby se se zvyšující koncentrací, lineárně zvyšovala i vodivost. Jinak by totiž nebylo možné používat pro přepočet konstantu. Takovou látkou bývá často NaCl jejíž průběh závislosti vodivosti na TDS je skoro lineární. Dá se říct, že 1 ppm NaCl = 2 µS/cm. Odtud vyplývá tato konstanta 0,5.

Pokus

Pokud mi to nevěříte, můžete si doma provést jednoduchý pokus. Stačí vám k tomu trocha obyčejné vodovodní vody, kuchyňská sůl (NaCl), obyčejný cukr a nějaký TDS metr. Vodovodní voda má vodivost x – přeměříme. Moje má vodivost 236 µS/cm. Napustíme dvě sklenice cca 300ml. Nyní budeme postupně po lžících přidávat do jedné sklenice sůl a do druhé cukr. Po rozmíchání jedné lžíce soli vodivost roztoku vystřelila přes 4000 µS/cm a 2000 ppm. Měřák už to nezměřil.

V druhé sklenici budeme přidávat cukr. Po jedné lžíci vodivost klesla na 222 µS/cm a ppm TDS ukazoval 111 ppm. Po třech lžících 181 µS/cm a 90ppm. Vodivost klesá díky tomu, že cukr ve vodě sice nedisociuje, ale se zvyšující se koncentrací ovlivňuje pohyb volných iontů jiných látek a tím snižuje vodivost. Koncentrace TDS klesla také, ale to samozřejmě není pravda proto, že vím, že tam už mám v roztoku 3 lžíce cukru.

Závěrem

U měřáků, které měří jen TDS se vám může stát, že dva různé přístroje naměří v roztoku se stejnou elektrickou vodivostí jinou TDS a přesto oba meří správně! Tyto rozdíly můžou být značné už jen z důvodu použití různých způsobů přepočtu. Například pro roztok s vodivostí 300 µS/cm může jeden přístroj ukazovat 150 ppm (konstanta 0,5) a druhý 195 (konstanta 0,65). Rozdíl je téměř 25%! Aby nedocházelo ke zmatení je lepší používat rovnou vodivost. TDS takto měřené je stejně její funkcí. Když už na TDS trváte tak si aspoň zjistěte v čem to ten váš přístroj měří.