Elektrokemisk forskningslaboratorium

Elektrolytisk ledningsevne er et mål for antallet af elektrisk ladede kemiske enheder i en væske. De elektrisk ladede kemiske enheder kaldes ioner, og en væske indeholdende ioner er en elektrolyt. Den elektrolytiske ledningsevne giver ingen oplysninger om den kemiske natur af ionerne og ej heller om ionernes ladning i form af antallet af elementarladninger. Ligeledes er det ikke muligt at beregne koncentrationen af ioner ud fra værdien af den elektrolytiske ledningsevne alene. Elektrolytisk ledningsevne er derfor, hvad man kalder en ikke-specifik metode. Til gengæld er måling af den elektrolytiske ledningsevne ofte en hurtig, og dermed effektiv, måde at bestemme, om en væske enten er tilstrækkelig ren eller omvendt tilstrækkelig koncentreret. Således kunne man sige, at den elektrolytiske ledningsevne bruges af kemikere på samme måde, som en læge bruger en patients temperatur: Det er muligt at sige, om patienten er syg eller ej, men det er ikke muligt at sige, hvilken sygdom patienten har.

 Dialyseprocessen styres ved måling af ledningsevnen af dialysevæsken. Jo mere nøjagtig målingen af den elektrolytiske ledningsevne er, desto bedre kontrol og dermed mere effektiv og smertefri dialysebehandling. Da dialysebehandlingen foretages flere gange om ugen, og hver enkeltbehandling har en varighed på flere timer, er en mere effektiv dialyseproces meget vigtig for patienterne.

 Det medføre, at væsken som helhed er ladningsneutral, hvilket vil sige, at antallet af positive ladninger er lig antallet af negative ladninger. Da antallet af elementarladninger per ion ikke behøver være ens for de positivt ladede ioner og de negativt ladede ioner, behøver antallet af positivt ladede ioner og negativt ladede ioner ikke være ens, men antallet af positivt ladede ioner ganget med antallet af elementarladninger per positivt ladede ion er lig antallet af negativt ladede ioner ganget med antallet af elementarladninger per negativt ladede ioner.

Ved måling af ledningsevnen nedsænker man to elektroder i væsken. Man påfører så en elektrisk spænding mellem de to elektroder og måler den elektriske modstand mellem elektroderne. Ledningsevnen beregnes som afstanden mellem elektroderne delt med tværsnitsarealet af elektroderne og delt med den elektriske modstand.

Såfremt man benyttede jævnspænding, ville de positivt ladede ioner bevæge sig hen imod den negativt ladede elektrode og vice versa. En del af ionerne ville komme tæt på elektrodeoverfladen, og når de gjorde det, ville de enten skærme elektroden og derved gøre spændingsforskellen mindre eller de ville blive afladt ved en elektrokemisk reaktion, hvorved man langsomt ville ændre sammensætningen af væsken. Både det ene og det andet vil ændre den målte modstand, og målingen kan ikke ske hurtigt nok til, at man ikke ændrer modstanden.

På grund af dette kan måling af den elektrolytiske ledningsevne ikke ske med jævnspænding, men må ske ved vekselspænding, idet den stadige ændring af elektrodernes ladning fra positiv til negativ til positiv og så videre betyder, at ionerne nok bevæger sig, men aldrig bliver afladt, da de stadigt ændrer bevægelsesretning i takt med, at elektroderne ændrer ladning.

Modstanden man måler mellem elektroderne, når man benytter vekselspænding, afhænger imidlertid af frekvensen for vekselspændingen. Dette gælder uanset om vekselspændingen er et sinusformet signal, et trekantsignal, et firkant signal eller en hvilken som helst anden kurveform. Det gælder derfor om at måle modstanden ved den ”rigtige” frekvens, men det viser sig, at den afhænger af ledningsevnen. I praksis er man derfor nødt til at måle ved flere frekvenser og efterfølgende lave en kurve som funktion af frekvensen. Denne kurve skal så bruges til at bestemme den korrekte modstand.

Graver man dybere i problemstillingen, viser det sig, at mange faktorer påvirker denne kurves forløb som funktion af frekvensen. DFM forsker i at bestemme en entydig metode til fastlæggelse af den korrekte modstand.

For farmaceutisk produktion er det i dag et myndighedskrav, at vands renhed bestemmes ved måling af den elektrolytiske ledningsevne. Mange andre sektorer – fra kraftværker til fødevareindustrien – anvender ligeledes elektrolytisk ledningsevne som et mål for vands renhed. DFM arbejder derfor på at udbygge vores etablerede direkte elektrisk-geometriske sporbarhed til SI for måling af elektrolytisk ledningsevne af ultrarent vand til kalibrering ved forskellige temperaturer (i området 15 °C til 60 °C), samt at forbedre ledningsevnemålinger udført ved høje ledningsevner (< 10 S/m).

Da biobrændsler har ledningsevne i samme størrelsesorden som ultrarent vand, foregår arbejdet med udvikling af evnen til at måle ledningsevnen af den type væsker ligeledes. Biobrændsler er dog flygtige forbindelser, hvilket medfører yderligere komplikationer i forbindelse med udførelsen af målingen.

Indirekte ledningsevnemålinger, der udføres ved hjælp af elektriske spoler (også kaldet toroid målinger), undersøges for deres anvendelighed og måleunøjagtighed under forskellige forhold.