电导率测量和精确校准 梅特勒

电导率测量和精确校准2015.11梅特勒-托利多张军义1产品经理158

5078

4931junyi.zhang@

4008

878

989梅特勒-托利多过程分析Agenda2.电导率测量药典对电导率的测量要求电导率传感器温度补偿.电导率系统精确校准纯水电导率的应用3.医药.电子半导体.电力水系统工艺过程在线分析4电导率TOCpHORP臭氧溶氧纯化水系统RO保安过滤器热交换器碱加药进水预处理2级反渗透Cl2加药.酸加药.混床或CEDI超纯水储罐抛光混床脱气装置终端过滤0.5

micron机泵UV杀菌装置到用户使用点精密过滤器0.2

micron终端过滤0.1micron0.1

mic使用点过滤器注射用水-现行5Internal

usage

onlyAttribute1USP

38US/EU/JP/WHO饮用水源水描述EP

8.3日常用水JP

16JP专用水ChP5纯化水IP饮用水或纯化水清澈，无色，无味清澈，无色，无味清澈，无色，无味生产方法蒸馏或合适的方法蒸馏蒸馏或反渗透/超滤或纯化水蒸馏蒸馏微生物(cfu/100

mL)2-10-1010电导率(mS/cm

@

25℃)1.3

(3

stage)3与USP相同2.1离线6与USP相同与USP相同TOC

(mg/L)0.540.50.50.50.5细菌内毒素(EU/mL)0.250.250.250.250.25硝酸盐(ppm)0.20.060.2He重金属(ppm)2009颁布0.1PW必须酸碱度指示剂pH5.0-7.0钙/镁氯化物硫酸盐亚硝酸盐(ppm)JP

16颁布CP

2010颁布0.02IP

2012颁布氨(ppm)0.2易氧化物(/100

mL)不挥发物(mg/mL)1/100Note

1.所有数据位最大限度，除非有特殊说明Note

2.微生物检测是一致的，除了EP将测试要求写入了生产章节，USP将测试包括在没有概要说明的<1231>章节Note

3.检测限值和温度相关，详见水电导率<645>章节

Note

4.WFI存储温度>80℃，循环温度>70℃.Note

5.与TOC二选一.Note

6..与USP水电导率<645>章节第2阶段相同纯化水-现行6Internal

usage

onlyAttribute1USP

38US/EU/JP/WHO饮用水源水描述EP

8.3日常用水JP

16JP用水ChP饮用水IP饮用水清澈，无色，无味清澈，无色，无味清澈，无色，无味清澈，无色，无味蒸馏，RO，离子蒸馏，RO，离子蒸馏，RO，离子交换，超滤或联用交换或合适的工艺交换或合适的工艺生产方法合适工艺合适工艺微生物(cfu/mL)2100100100100100电导率(mS/cm

@

25℃)1.3

(3

stage)35.1

(1

stage)2.1离线6与EP相同与USP相同TOC

(mg/L)0.54与USP相同Same

as

USP与USP相同与USP相同细菌内毒素(EU/mL)硝酸盐(ppm)0.20.060.2重金属(ppm)酸碱度0.1指示剂0.1指示剂pHIP

2012颁布钙/镁氯化物JP

16颁布CP

2010颁布硫酸盐亚硝酸盐(ppm)0.02氨(ppm)易氧化物(/100

mL)不挥发物(mg/mL)0.31/100Note

1.所有数据位最大限度，除非有特殊说明.Note

2.微生物检测是一致的，除了EP将测试要求写入了生产章节，USP将测试包括在没有概要说明的<1231>章节

Note

3.检测限值和温度相关，详见水电导率<645>章节.Note

4.

精度Rs-Rw.

见

643

TOC.Note

5.如果测量电导率，则不需要监测2009.1.1颁布

Note

6.与USP水电导率<645>章节第2阶段相同USP

645

水电导率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电导率限度值-2004年7月1日开始执行的811.010.010.29.08.07.06.05.04.09.7

9.79.79.18.17.16.5EP纯化水限值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)制药用水电导率92010版药典对电导率测量仪器的要求，2015版药典继续沿用Agenda10.电导率测量药典对电导率的测量要求电导率传感器温度补偿.电导率系统精确校准电导测量系统11.电导测量的是溶液的导电能力.测量总的离子浓度AV-+电导的基本公式--欧姆定律如果把电压U加在一长度为L，截面积为A的固体导体上，电流I取决于导体的电阻R。公式电导的基本公式_电阻率VS电导率导体的电阻率ρ与几何特性

导体的电导率κ与几何特性成正比，也就是和长度L成成正比，也就是和长度L成正比，和截面积A成反比。

反比，和截面积A成正比。公式1： 公式2：훒

=

퐑

∗퐋퐀퐊

=

퐆

퐀∗퐋G为电导值，G=1/Rκ=1/ρ

（电导率是电阻率的倒数）电阻率表征导体材料的特性13电导率/电阻率探头的种类2-电极4-电极测量中高电导率介质如：相分离过程测量低电导率介质如：超纯水同轴电极内电极外电极外电极内电极绝缘体152-电极电导探头的安装√12x3入口出口气泡固体空气柱211电极安装示意图423121221152Internal

usage

only电导率传感器的选择17.电极常数的选择常数越小，

精度越高，

测量范围越小常数越大，测量精度越低，

测量范围越大0.010.1消除电解18.电导率的测量原理是将相互平行且距离是固定值L的两块极板（或圆柱电极），放到被测溶液中，在极板的两端加上一定的电压，为了避免溶液电解，通常为正弦波电压，频率1～3kHz）。极化作用对电导率的影响19.2-电极产生极化现象-因不同阴离子、阳离子相互作用不同，最终导致电导率偏离真实值，产生测量误差VV--

++-++-+++--+

-+

-+

-++++---

--+离子云初始状态加电压后消除极化20.4-电极V

~驱动环测量环+-+---+-+-++-

+-+4-电极测量范围宽4-电极电导探头结构21电缆接头紧固螺母O-型圈驱动电极1驱动电极2测量电极4-电极电场!Agenda23.电导率测量药典对电导率的测量要求电导率传感器温度补偿.电导率系统精确校准温度对电导率的影响24~

ACHH+2OHNa+OHH+C

-H温度补偿25为什么在USP<645>中USP美国药典不允许温度补偿?.来自不同设备商的测量缺乏具重复性的测试结果.在未补偿的状态下测量结果重复性好.杂质种类、含量不会一模一样温度对电导率的影响26.超纯水理论补偿曲线100101010203070809010040

50

60Temperature

(°C)温度对电导率的影响27.不同浓度氯化钠溶液电导率和温度的关系10.04390

ppb1730

ppb1.0pb395

ppb129

ppb0.1040ppb0

ppb0.010

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100温度(°C)温度对电导率的影响28补偿误差超纯水的线性补偿(2%/°C)10

µS的线性补偿°(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温度温度对电导率的影响离子电导温度补偿性能(0.1uS/cm)2520151050Instrument

AInstrument

BInstrument

CInstrument

DInstrument

E-5-10-15-20-25010203060708090

10040

50温度(℃)电导率的温度补偿30测量时是否需要选择温度补偿？不做温度补偿是，所有测量使用有时取决于测量目的其他USP

645

Stage

1要求31(无温度补偿的电导率值)最大电导率值

(μS/cm)最大电导率值

(μS/cm)温度

(℃)温度

(℃)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:温度83.7℃未补偿的电导率值是1.7

μS/cm，80℃时电导率限度值为2.7

μS/cm.通过!USP

645

水电导率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电导率限度值-2004年7月1日开始执行的3311.010.010.29.08.07.06.05.04.09.7

9.79.79.18.17.16.5EP纯化水限值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)电导率温度补偿34温度补偿的重要性在于-过程控制例如：电导率值从15℃下未补偿值0.068

μS/cm

(14.7

M-cm)上升到80℃时测得的0.500

μS/cm(最低2.00

M-cm)水的纯度是“提高”了还是“变差”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）总溶解固体，TDS值越高，表示水中含有的溶解物越多。Agenda35.电导率测量.电导率系统精确校准仪表校准温度传感器校准电导率传感器校准校准顺序–1.仪表电子元件部分4.0M100K高电阻低电阻温度1.0K20.0K1.0K1.4K校准顺序–1.仪表电子元件部分37不仅1)校准/验证全量程范围的电阻值和内部回路而且2)校准/验证电阻/回路的适用范围RrrVrrACVcell校准工具38仪表厂家提供的标准校准工具-内部结构仪表外接电阻箱校准-139Internal

usage

onlyRES1、校准电阻SIG1和GND接电阻，同时SIG1和SIG3短路2、校准温度SIG4和SUG5接电阻，同时

SIG5和GND短路Temp仪表外接电阻箱校准-240Internal

usage

only电阻率电阻123456789温度电阻仪表外接电阻箱校准-241Internal

usage

only电阻率电阻123456789①②温度线③补偿线1750Ω电阻33线PT1000温度电阻2Agenda42.电导率测量.电导率系统精确校准仪表校准温度传感器校准电导率传感器校准校准顺序–2.传感器温度元件部分43.同样的溶液.同样的容器.同样的温度25.00A

147,93

µS/cmB

147,93

µS/cmAgenda44.电导率测量.电导率系统精确校准仪表校准温度传感器校准

电导率传感器校准校准顺序–3.电极常数45内电极外电极1cm0.1cm

1cm0.1

常数电导常数=乘法器电极常数的长期稳定性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电极校准－离线_普通水47氯化钾分子量：74.56mol/g浓度（mS/cm电导率（

）KCL

mol/L）电导率（

μS/cm）0.10.0011470.1470.005717.80.71780.0114131.4130.0227672.7670.0566686.66812.88111

.8128801111800电导传感器校准－在线48现场电导/阻率变送器和传感器标准电导/阻率变送器和传感器校准顺序–3.电极常数49.步骤使用校准过的表最好和实际线缆长度一致连接传感器和仪表使用一个参比电导率系统，比较测得电导率值和参比电导率值如有差别，使用变送器相应软件调校.这种“调校

”是为了赋予一个新的电极常数。不是物理调校需要时向仪表输入新的校准因子校准顺序–3.电极常数50.电极常数值是一个常数,单位是cm-1.单点