전기전도도(Conductivity)
[배경 기술]
전기전도도는 다양한 현장에서 pH와 함께 매우 유용하게 사용된다. 전기전도도를 측정하려면 먼저 컨덕턴스를 이해할 필요가 있다. 일반적으로 컨덕턴스 L은(지멘스 S 단위) 셀 저항 R(옴)의 역수로 정의하며 전해 컨덕턴스를 용액의 통전 능력으로 다음과 같이 정의 내릴 수 있다.

L = 1/R

전기전도도는 “비전도율” 혹은 전도도 κ (S/cm 단위)라 하며, 기본적인 전극의 형태는 표면적(A)이 1cm2 인 전극판 2장이 1cm 간격으로 떨어져 있는 구조다.
전기전도도는 이러한 2장의 전극을 배열한 형태를 표준으로 특정한 상태에서 상대 비교할 수도 있는 것이며 표준은 다음과 같이 표현하여 정리할 수 있다.

κ = (1/R)(d/A)

이와 같이 일반적인 표준 형태의 셀에서 저항을 측정하는 방식을 기본으로 용액의 전도도를 판단할 수 있으며 이외에 전극 셀은 다양한 형태가 존재한다.


[기본원리]
만약 어떠한 샘플에 이온이 많다고 가정을 했을 때, 당연히 그 샘플은 통전 능력이 크며 이온이 많으면 많을수록 그 능력은 더욱 커질 것이다. 즉, 전기전도도는 용액의 이온이 통전수단으로 작용하게 되는 것이다. 이것은 2개의 전극판에 서로 다른 전위차를 두면 양이온은 마이너스 극으로 음이온은 플러스 극으로 딸려 가게 되는데 전위차가 활성 전압 이하라 전극에서는 아무 반응도 일어나지 않는다.

묽은 용액의 경우를 본다면 실제로 이러한 원리를 따르므로 전체 전도도가 개별 이온 전도도의 합으로 나타나게 되는 것이다.


[전기전도도 센서를 작동시키기 위해서는 DC와 AC중 어느 전압을 사용하여야 하는가?]
한마디로 AC전압이다. DC를 사용하지 않는 이유는 전극셀 주위로 이온들이 모여 운집되어 형태의 “분극효과”가 발생되기 때문이다.
이러한 중요한 이유 때문에 이온이 국지적으로 운집하지 않게끔 하려면 AC 전압을 써야 하며 일반적으로 60Hz에서 최대 3KHz를 넘지 않으며 1V~10V 이내로 작동시킨다. 만약 이온이 거의 없는 저농도라면 주파수를 낮추는 등의 조건을 달리할 필요가 있겠다.

전기전도도 센서는 가장 흔한 형태가 2전극 방식이며 이외에 4전극 방식, 인덕턴스 방식이 있다. 2전극 방식은 사실상 가장 표준이어서 초순수부터 공업용수 등 여러 현장에서 다양하게 쓰이고 있다.
만약 고농도의 샘플을 측정할 필요가 있다면 4전극 센서를 사용하고 원액 등 매우 높은 고농도의 샘플을 측정하려면 인덕턴스 방식의 센서를 사용하면 된다.


[온도와 전도도간의 상관관계]
정말 중요한 문제로 전기전도도는 온도에 매우 민감하여 영향을 많이 받는다. 온도뿐 아니라 수질 상태에 따라서도 영향이 있기 때문에 매우 까다로울 수밖에 없겠다.
이러한 온도와 전도도 간의 관계는 매우 복잡하여 온도가 상승하면 전도도가 증가하지만, 그 증가의 정도는 함유 이온의 구성 및 농도에 따라 크게 다르게 된다.
온도 영향은 온도와 수질 모두에 크게 좌우되며 만약 초순수를 측정할 경우라면 별도로 온도에 따른 물의 해리를(H+와 OH- 이온) 반드시 고려해야 한다. 즉, 전도도에 있어서는 기준 온도(통상 25°C)와 대상 매개 전용 보상 팩터 적용 여부가 관건이며 이를 벗어난 단순한 수치 비교는 의미가 없게 된다는 것을 잘 기억하자.

일례로 염농도가 1ppm(1,000 ppb) 변화하면 온도보상 곡선으로는 순수에서는 거의 5%/°C 가 변하는데, 이는 1 ppm NaCl에서 2.5%/°C 변화에 해당된다.

[전기전도도는 어디에 적용될 수 있는가?]
전기전도도 측정은 화학종에 대한 선택성이 없지만 초순수, 약품 농도 조절, 폐수 모니터링 등 다방면으로 활용되고 있다. 각종 현장에 사용되는 전기전도도의 용도를 살펴보면 다음과 같다.

센서 몸체에 있는 홀은 무엇인가?
일반적으로 전기전도도 센서의 몸체를 보면 그림과 같이 구멍이 있는 것을 볼 수 있다. 이 구멍은 셀상수마다 그 위치가 다른 형태며 전극셀이 제대로 작동되기 위한 물의 유동로이다.

즉, 이 유동로까지 반드시 물속에 잠겨야 측정이 되는데 간혹 현장에서는 나사산까지 센서가 결합되어 있어도 배관 안의 물이 적을 때 센서의 유동로까지 닿지 않는 경우가 있다. 즉, 배관이 비만관일 때는 측정이 제대로 이루어지지 않으며 때로는 기포나 이물질로 인한 유동로가 막히는 경우에도 측정상 오차가 발생하게 된다. 따라서 측정 중에는 센서의 유동로까지 반드시 물속에 잠겨야 하고 기포나 이물질 등으로 막힘이 전혀 없어야 한다는 것을 명심하자. 〈계속〉

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