전기 전도도(EC) 측정 원리

전도도의 개념

전도계수(Conductance)는 전기전류를 운반하는 능력을 나타내는 말이다.  

이러한 능력은 이온이라 불리는 전하를 띤 입자(운반체)에 의해 전류가 전도되므로, 전도도(Conductivity)는 운반체의 수와 이동도(mobility), 원자가(valence)  

그리고 측정온도에 의존한다.   

측정원리는 용액에 담겨있는 두 전극에 일정한 전압(voltage)을 가해주면 가한 전압이 전류를 흐르게 하고, 이때 흐르는 전류의 크기는 용액의 전도도에 의존  

한다는 사실을 이용한 것이다. 다시 말해서, 전해질의 전도도 측정은 보통 ohm의 법칙에 의해 두 평형 전극사이에서 용액의 저항을 측정한다.   

전도계수, G는 저항 R의 역수이다. 용액의 전도계수, G는 직접적으로 전극의 표면적에 비례하고 전극사이의 거리에는 반비례한다.   

비례상수, k를 전도도라 부른다.   

   G = k*A/L

   k=G*L/A=L/(R*A)=C*G=C/R

여기서, C는 cell상수(cm-1), A는 전극의 표면적(cm2)이고 L은 전극간의 거리(cm)이다.

2. 전도도의 단위

(1) 전도도 : S/cm, mS/cm, μS/cm (S: Siemens), 혹은 mho/cm, mmho/cm, μmho/cm로 나타낸다. 

(2) 저항 : ohm‧cm, kohm‧cm, Mohm‧cm(ohm을 Ω으로 표시하기도 함)로 나타낸다.

1/ohm = 1 mho (S - Siemens) = 1000 mmhos (mS) = 1,000,000 μmhos(μS) S.I. units에서는 mho를 Siemens(S)로 나타낸다.

​3. 전도도 측정 cell 

이론적으로 전도도를 측정하는 cell은 1cm 거리에서 두 개의 1cm2의 표면으로 형성된다.

이론적인 cell은 C = 1.0cm-1의 cell 상수를 가진다. Cell 상수는 전극 면적와 전극 사이의 거리의 함수 (length/area)이다.

전도도가 낮은 용액에서는 표면적이 크고 전극사이가 가깝게 위치되어 있어야 하므로 cell 상수가 1.0cm-1보다 작은 cell을 선택하고, 전도도가 높은 용액 

에서는 전극의 표면적이 작으면서 두 전극의 사이가 멀어야 하므로 cell상수가 0.1cm-1보다 큰 cell을 선택하여 사용한다. 

그러나 정확한 셀 상수 값은 fringe-field의 존재에 따른 AR의 양만큼 전극의 면적에 영향을 주므로 정확한 Cell상수 값은 K=d/(A+AR)이다. 

하지만 Cell상수 "K"를 계산하기 위하여 fringe-field 효과와 AR의 양을 측정하기 불가능하기 때문에 특정 Cell의 실제적인 Cell상수는 전도도 값을 알고 있는  표준용액(예:0.01M KCl)을 사용하여 정하거나 Cell 상수가 알려진 다른 전도도 Cell과 비교하여 정할 수 있고, 일반적으로 전극 설명서에 명시되어 있다. 

그리고 Cell상수 K는 특정한 셀의 물리적인 배열을 반영하는 “인자(factor)”이므로 Cell상수는 실질적인 전도도(Conductivity)를 얻기 위하여 측정된 전도도  

값 C(Conductance)에 곱하여야 한다. 

예를 들어 K=0.1cm-1 인 셀을 사용하여 200μS의 값을 측정하였다면, 실제 전도도 값은 200μS × 0.1cm-1 = 20μS/cm 이다.

온도보상계수

전해질 용액의 전도도는 측정온도, 용액의 농도와 조성에 의존한다.  

온도계수는 일반적으로 2.20 %℃를 사용하며 전해질 용액의 조성에 따라 변화하므로 측정 용액에 따라 선택을 할 수 있다.