电导率测量和精确校准

电导率测量和精确校准2015.11Internalusageonly115850784931junyi.zhang@mt.com产品经理张军义梅特勒-托利多过程分析4008878989梅特勒-托利多Internalusageonly2Agenda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Internalusageonly纯水电导率的应用医药电子半导体电力3Internalusageonly注射水系统蒸馏水机4水系统工艺过程在线分析电导率TOCpHORP臭氧溶氧碱加药预处理纯化水系统热交换器RO保安过滤器2级反渗透混床或CEDI脱气装置抛光混床终端过滤0.5micron超纯水储罐泵终端过滤0.1micronUV杀菌装置精密过滤器0.2micron0.1mic使用点过滤器到用户使用点进水Cl2加药.酸加药.Internalusageonly5注射用水-现行Attribute1USP38EP8.3JP16ChP5IP源水US/EU/JP/WHO饮用水日常用水JP专用水纯化水饮用水或纯化水描述清澈，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/100mL)2-10-1010电导率(mS/cm@25℃)1.3(3stage)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)0.2Notdetectable0.060.2He重金属(ppm)0.1Notdetectable0.1PW必须酸碱度Indicators-指示剂pH5.0-7.05.0-7.0钙/镁指示剂氯化物Notdetectable必须不得检出硫酸盐Notdetectable必须不得检出亚硝酸盐(ppm)Notdetectable0.02必须氨(ppm)0.50.20.2易氧化物(/100mL)NotdetectableOptional5必须不挥发物(mg/mL)1.0/1001/100必须Note1.所有数据位最大限度，除非有特殊说明Note2.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Note3.检测限值和温度相关，详见水电导率645章节Note4.WFI存储温度80℃，循环温度70℃.Note5.与TOC二选一.Note6..与USP水电导率645章节第2阶段相同2009颁布JP16颁布CP2010颁布IP2012颁布Internalusageonly6纯化水-现行Attribute1USP38EP8.3JP16ChPIP源水US/EU/JP/WHO饮用水日常用水JP用水饮用水饮用水描述清澈，无色，无味清澈，无色，无味清澈，无色，无味清澈，无色，无味生产方法合适工艺合适工艺蒸馏，RO，离子交换，超滤或联用蒸馏，RO，离子交换或合适的工艺蒸馏，RO，离子交换或合适的工艺微生物(cfu/mL)2100100100100100电导率(mS/cm@25℃)1.3(3stage)35.1(1stage)2.1离线6与EP相同与USP相同TOC(mg/L)0.54与USP相同SameasUSP与USP相同与USP相同细菌内毒素(EU/mL)硝酸盐(ppm)0.2Notdetectable0.060.2重金属(ppm)0.15Notdetectable0.10.1酸碱度Indicators指示剂指示剂pH5.0-7.05.0-7.0钙/镁IndicatorsIndicators氯化物NotdetectableNotdetectableNotdetectable硫酸盐NotdetectableNotdetectableNotdetectable亚硝酸盐(ppm)Notdetectable0.02Notdetectable氨(ppm)0.50.30.2易氧化物(/100mL)与TOC二选一Notdetectable与TOC二选一与TOC二选一不挥发物(mg/mL)1.0/1001/1001.0/100Note1.所有数据位最大限度，除非有特殊说明.Note2.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Note3.检测限值和温度相关，详见水电导率645章节.Note4.精度Rs-Rw.见643TOC.Note5.如果测量电导率，则不需要监测2009.1.1颁布Note6.与USP水电导率645章节第2阶段相同JP16颁布CP2010颁布IP2012颁布Internalusageonly7USP645水电导率Stage1限度值0.60.80.91.01.11.31.41.51.71.92.12.22.42.52.72.72.72.72.93.11.80.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.00102030405060708090100Temperature(°C)UncompensatedConductivity(mS/cm)ClModelNH3ModelUSP645Stage1LimitStage1–在线，适用于无温度补偿的USP纯化水,注射用水,纯化蒸汽,和透析用水Internalusageonly8EP电导率限度值-2004年7月1日开始执行的2.43.64.35.15.46.58.19.19.79.79.70.60.80.91.01.11.31.41.41.71.81.92.12.22.42.52.72.72.72.72.93.17.110.20.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.011.00102030405060708090100Temperature(°C)UncompensatedConductivity(mS/cm)EPPurifiedWaterLimitsEPWFI&HPWLimitsEP纯化水、高纯水的电导率限度值各不相同.WFI电导率限度值已一致化.EP纯化水限值EP注射水限值Internalusageonly制药用水电导率2010版药典对电导率测量仪器的要求，2015版药典继续沿用9Internalusageonly10Agenda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Internalusageonly电导测量系统A-+V电导测量的是溶液的导电能力测量总的离子浓度11Internalusageonly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Internalusageonly电导的基本公式_电阻率VS电导率导体的电阻率ρ与几何特性成正比，也就是和长度L成正比，和截面积A成反比。公式1：电阻率表征导体材料的特性导体的电导率κ与几何特性成正比，也就是和长度L成反比，和截面积A成正比。公式2：κ=1/ρ（电导率是电阻率的倒数）𝛒=𝐑∗𝐋𝐀G为电导值，G=1/R𝐊=𝐆∗𝐀𝐋13Internalusageonly2-电极4-电极测量低电导率介质如：超纯水测量中高电导率介质如：相分离过程电导率/电阻率探头的种类Internalusageonly15同轴电极绝缘体内电极外电极内电极外电极Internalusageonly1212121231241251.入口2.出口3.气泡4.固体5.空气柱电极安装示意图1232-电极电导探头的安装√xInternalusageonly电导率传感器的选择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170.010.1Internalusageonly消除电解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）。18Internalusageonly极化作用对电导率的影响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19初始状态+-V+-+-+-+-+-+-V+-加电压后离子云+-+-+-+-+-+------+++++Internalusageonly消除极化4-电极20+-V~4-电极++++++------+-测量环驱动环测量范围宽Internalusageonly4-电极电导探头结构电缆接头O-型圈驱动电极1驱动电极2紧固螺母测量电极21Internalusageonly4-电极电场!!Internalusageonly23Agenda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InternalusageonlyNa+Cl-H+O-2~ACH+HOHOHH温度对电导率的影响24Internalusageonly25温度补偿为什么在USP645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Internalusageonly温度对电导率的影响超纯水理论补偿曲线261101000102030405060708090100Temperature(°C)Resistivity(Mohm-cm)Internalusageonly温度(°C)0.010.101.010.00102030405060708090100电导率(µS/cm)0ppb129ppb40ppb395ppb840ppb1730ppb4390ppb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Internalusageonly温度对电导率的影响-5.0-4.0-3.0-2.0-1.00.01.02.03.04.05.00102030405060708090100温度%误差超纯水的线性补偿(2%/°C)10µS的线性补偿(2%/°C)补偿误差28Internalusageonly离子电导温度补偿性能(0.1uS/cm)-25-20-15-10-505101520250102030405060708090100温度(℃)InstrumentAInstrumentBInstrumentCInstrumentDInstrumentE%误差温度对电导率的影响Internalusageonly30电导率的温度补偿测量时是否需要选择温度补偿？不做温度补偿有时其他取决于测量目的是，所有测量使用Internalusageonly31USP645Stage1要求最大最大温度电导率值温度电导率值(℃)(μS/cm)(℃)(μS/cm)00.650.8552.1100.9602.2151.0652.4201.1702.5251.3752.7301.4802.7351.5852.7401.7902.7451.8952.9501.91003.1例如:温度83.7℃未补偿的电导率值是1.7μS/cm，80℃时电导率限度值为2.7μS/cm.通过!(无温度补偿的电导率值)Internalusageonly32USP645水电导率Stage1限度值0.60.80.91.01.11.31.41.51.71.92.12.22.42.52.72.72.72.72.93.11.80.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.00102030405060708090100Temperature(°C)UncompensatedConductivity(mS/cm)ClModelNH3ModelUSP645Stage1LimitStage1–在线，适用于无温度补偿的USP纯化水,注射用水,纯化蒸汽,和透析用水Internalusageonly33EP