Senzory vodivosti: Monitorování kvality vody

Co je to vodivost?

Vodivost je schopnost vody vést elektrický proud. Tato vodivost vyžaduje, aby ionty ve vodě byly nositeli náboje. Čistá voda neobsahuje žádné ionty (kromě občasných molekul vody), a proto je velmi špatným vodičem elektřiny. Voda však přijímá chemické soli a ty při svém rozpouštění přidávají do vody ionty. S rostoucí iontovou silou vody tedy roste i vodivost – čím je voda „slanější“, tím je vodivost vyšší.

Měření vodivosti nemusí nutně vypovídat o koncentraci iontů ve vodě, protože různé ionty se na vodivosti podílejí různě. Velké, nevýrazné ionty, jako je octan, nepomáhají dobře vést elektrický proud. Malé, rychlé ionty, jako je H+, přispívají k vodivosti v přepočtu na jeden ion mnohem více. Protože přírodní vody jsou obvykle neustále se měnící směsi iontů, je údaj o vodivosti pouze relativním měřením koncentrace iontů.

Slanost se často vypočítává z vodivosti za předpokladu, že voda je svým chemickým složením velmi podobná mořské vodě. V mořské vodě je vodivost 55 000 µS/cm zhruba stejná jako salinita 35 PSS (PSS je praktická stupnice salinity, která nahradila tradiční jednotky salinity ppt). Slanost je technicky definována pouze pro malá ředění a koncentrace slané vody, a proto se při práci se sladkou vodou používá jen zřídka.

Proč je vodivost důležitá při sledování kvality vody?

Z chemického hlediska lze údaje o vodivosti použít ke sledování stability vodního útvaru. Neměnná vodivost obvykle znamená, že do vody nejsou přidávány ani z ní odebírány žádné chemické látky. Prudký nárůst vodivosti může naznačovat nárůst iontů ze zdroje znečištění, například z výtoku odpadních vod, zemědělského splachu nebo přílivu. Pokles vodivosti může znamenat snížení přísunu chemických látek a/nebo zvýšení přísunu sladké vody (například v důsledku dešťových srážek).

Údaje o vodivosti lze také použít k posouzení biologického zdraví, protože některé druhy rostlin a živočichů jsou citlivé na vysokou nebo nízkou vodivost. Například ústřicím se ve výrazně zředěné mořské vodě nedaří. Sladkovodním lovným rybám se zase nedaří ve slaných vodách.

Údaje o vodivosti lze použít také odvozeně. Například při monitorování sladkovodních pláží se běžně předpokládá, že náhlé zvýšení vodivosti je způsobeno znečištěním odpadními vodami nebo dešťovými srážkami – obojí je obvykle spojeno s vysokým počtem bakterií. Proto může být nárůst vodivosti důvodem k uzavření pláží.

Nakonec se údaje o vodivosti používají ke korekci měření hladiny vody a údajů o rozpuštěném kyslíku. Zvýšení vodivosti znamená zvýšení hustoty vody, takže měření hladiny vody se musí snížit, aby se to kompenzovalo. Zvýšení vodivosti také snižuje rozpustnost kyslíku ve vodě, takže výpočty procenta nasycení kyslíkem se musí zvýšit, aby se to kompenzovalo.

Jak se měří vodivost?

Vodivost se nejčastěji měří pomocí toroidních senzorů nebo čtyřelektrodových senzorů. Toroidní snímače se v multisondách vyskytují zřídka, protože mají nízkou citlivost při nízkých vodivostech. Čtyřelektrodové snímače pracují na základě měření proudu potřebného k udržení pevného napětí mezi dvěma páry elektrod oddělenými pevnou geometrií vody. Obě metody jsou pro většinu studií přírodních vod více než vhodné.

Jak se kalibrují snímače vodivosti?

Senzory vodivosti se kalibrují pomocí jednoho standardu, kterým je téměř vždy známá koncentrace chloridu draselného (KCl). Hodnota, při které se kalibrace provádí, závisí na použití – pro velmi sladké vody je nejlepší standard s nízkou vodivostí a naopak. Zvolte kalibrační standard, který je o něco vyšší než nejvyšší hodnota, kterou očekáváte v terénu.

Jaké další parametry ovlivňují měření vodivosti?

Konduktivita je přímým měřením elektrické vodivosti a elektrická vodivost se mění v závislosti na teplotě vody. Voda o teplotě 15 °C má nižší vodivost než stejná voda o teplotě 30 °C. Aby se údaje o vodivosti daly snáze porovnávat, je zvykem „korigovat“ naměřené hodnoty na 25 °C – to znamená, že se uvádí vodivost, jaká by byla, kdyby se teplota vody změnila na 25 °C. Údaje korigované na 25 °C se označují jako „měrná vodivost“, nikoliv jako vodivost.