EC-mittari, eli sähkönjohtavuusmittari on laite, jolla mitataan esimerkiksi vesiliuosten sähkönjohtavuutta. Oikeastaan laite mittaa jännite-eroa anturin parien välillä, josta saadaan vastus ja josta käännetään johtavuus. Sähkönjohtavuus kertoo tietyissä tapauksissa sen, että kuinka paljon veteen on liuennut erilaisia aineita. Suolat sekä metalli-ionit kuljettavat varausta hyvin ja ne nostavat sähkönjohtavuutta liuoksessa. Alkoholit ja monet muut orgaaniset molekyylit eivät juurikaan. Mitä sähkönjohtavuusmittarilla sitten tehdään? Ja miten?
Miten mitataan sähkönjohtavuutta?
Sähkönjohtavuus mitataan upottamalla anturi mitattavaan liuokseen ja lukemalla tulos laitteen näytöltä. Kannattaa aina käyttää muoviastioita mittauksen suorittamiseksi. Lasiastioissa on sellainen ominaisuus, että niistä liukenee näytteeseen mm. natrium- ja kaliumioneita, jotka sitten nostavat liuoksen sähkönjohtavuutta. Ei ehkä paljon, mutta kuitenkin. Olen huomannut sen itsekin, kun mittasin samalle näytteelle n. 500 μS/cm muoviastiassa ja 1000 μS/cm lasiastiassa. Lukema on jonkin verran korkeampi, mitä pidempään näytettä säilytetään lasiastiassa. Toisin kuin pH-anturia, niin EC-anturia säilytetään kuivana ja se kannattaa huuhtoa tislatulla vedellä aina mittauksen jälkeen.
Mitä kannattaa ottaa huomioon?
Jotkut työstönesteissä ja pesunesteissä olevat komponentit lisäävät sähkönjohtavuutta. Etenkin pesuaineissa voi olla ionisia tensidejä, eli varautuneita pesuainemolekyylejä. Esimerkiksi tavallinen saippua, joka on rasvahapon natriumsuolaa, on ioninen tensidi, jolla on rasvaliuokoinen osa (pitkä hiiliketju) ja ioninen, vesiliukoinen osa (karboksylaatti-ioni COO-). Joten pesunesteiden tapauksessa liuoksen pesuainepitoisuudesta voidaan mahdollisesti tehdä arvioita sähkönjohtavuuden perusteella. Tässä täytyy ottaa huomioon, että käytetyssä pesuliuoksessa epäpuhtaudet lisäävät osaltaan sähkönjohtavuutta, joten suoraan sähkönjohtavuudesta arvioitu tensidipitoisuus on aina yläkanttiin, mutta sitä voi käyttää ”enintään”-lukemana. Lämpötila on otettava myös huomioon, jos arvioidaan pesuainepitoisuutta sähkönjohtavuudesta. Sähkönjohtavuusmittaukset pääsevät oikeastaan parhaiten oikeuksiinsa tapauksissa, joissa työstetään tai pestään vain yhtä materiaalia ja epäpuhtauskin on aina samaa. Tällöin voidaan ajoittaisella seurannalla tarkasti arvioida nesteen kuntoa ja ennakoida vaihtoväliä. Muissakin tapauksissa sähkönjohtavuudella voidaan hyvin havaita ääritilanteita, esim. jos pesuainetta on lisätty vahingossa kaksinkertainen määrä. Joka tapauksessa pH- ja EC-mittaukset tukevat toisiaan nesteiden kunnon arvioimisessa, kun verrokkidataa on kerätty pari-kolme yllätyksetöntä vaihtoväliä.
Kemistin kokemuksia aiheesta
Minulla itsellläni on ollut käytössä Hachin Pocket Pro+ Multi 2 -mallinen moniparametrimittari, jossa on myös sähkönjohtavuusmittaus. Aiemmin käytin Hanna Instrumentsin HI98130-mallista, joka sitten lopetti EC-puolen toimintansa yllättäen. Olenkin näistä kertonut pH-mittareista kertovassa tekstissäni jo aiemmin, mutta nyt voisi palata asiaan vähän syvällisemmin. Olen laittanut oheen lähikuvia noista EC-mittareiden anturipäistä. Tarkoituksenani on havainnolistaa, hieman niiden laitteiden rakenteellisia ominaisuuksia. Tosiaan se Hanna Instrumentsin EC-anturi on koteloitu, enkä oikein tiedä, mitä materiaalia se on. Varmaa on vain se, ettei se enää toimi, joten kuva toimikoon varoittavana esimerkkinä (kuva alla). Hachin laitteessa on kaksi grafiittitappia (kuva yllä), joiden välillä laite mittaa vastusta ja suosittelisin tuollaisia laitteita, joissa on sähkönjohtavuusanturi helposti huollettavissa ja tarvittaessa jopa hieman hiottavissa. Anturia voi pestä rasvanpoistoaineella tai jos epäilee metalliepäpuhtauksia, kalkkia, tms. anturin pinnalla, niin etikalla, jossa on hieman ruokasoodaa mukana. Anturi voi olla hyvinkin likainen, vaikka paljaalla silmällä se näyttäisikin puhtaalta.
Sähkönjohtavuusmittareissa on myös usein mukana TDS-mittaus (Total Dissolved Solids), jonka yksikkönä on ppm (parts per million) tai mg/l. Tämä on käytännössä sähkönjohtavuusmittaus, joka on kerrottu muuntokertoimella. EC-mittarin TDS-mittauksilla on kuitenkin rajoitteensa, sillä tulos on vahvasti riippuvainen näytteen lämpötilasta ja veteen liuenneet aineet eivät nosta sähkönjohtavuutta lineaarisesti, joten liuenneiden aineiden massapitoisuudesta litrassa vettä ei voi kaikissa tapauksissa tehdä tarkkaa arviota tällä menetelmällä.
EC-mittareitakin pitää ajoittain kalibroida ja se tehdään kalibrointiliuoksilla, joita myydään erikseen. Ne ovat ymmärtääkseni kaliumkloridiliuoksia, 1413 μS/cm on pitoisuudeltaan 0,01 mol/l ja 12880 μS/cm on 0,1 mol/l. Niitä on suhteellisen helppo valmistaa myös itse, kunhan on tarkat välineet (vaaka ja muoviastiat). Mutta mittaus on yhtä tarkka kuin kalibraatioliuoksen pitoisuuden tarkkuus, joten ehkä ne kannattaa ostaa kaupasta. Kuten pH-mittarien tapauksessa, kannattaa välillä mitata kalibraatioliuosta ja jos mittarin lukema poikkeaa etiketin lukemasta 10%, niin tällöin kannattaa kalibroida laite. Ettei tule puhuttua läpiä päähän.