ค่า EC (Electrical Conductivity) หรือความนำไฟฟ้าในน้ำ (ค่าคอนดักติวิตี้) เป็นคุณสมบัติพื้นฐานที่ใช้วัดความสามารถในการนำไฟฟ้าของสารละลาย
ค่าการนำไฟฟ้าเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในหลายๆ สาขาเช่น วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม เกษตรกรรม การบำบัดน้ำ และกระบวนการอุตสาหกรรม
การทำความเข้าใจค่าคอนดักติวิตี้ (EC) ช่วยในการประเมินความเข้มข้นของไอออนที่ละลายอยู่ในสารละลาย ซึ่งสามารถบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของเกลือ แร่ธาตุ และสารอื่นๆ
บทความนี้จะอธิบายเกี่ยวกับแนวคิดของค่าการนำไฟฟ้า ความสำคัญ และการประยุกต์ใช้
ค่า EC (Electrical Conductivity) คืออะไร?
ค่าการนำไฟฟ้า (EC Electrical Conductivity) หมายถึงความสามารถของสารละลายในการนำไฟฟ้า ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับความเข้มข้นและการเคลื่อนที่ของไอออนภายในสารละลาย
เป็นการวัดว่าน้ำสามารถนำไฟฟ้าได้ดีเพียงใด คุณสมบัตินี้ได้รับอิทธิพลจากการมีอยู่ของไอออนที่ละลายอยู่ในน้ำ เช่น เกลือ แร่ธาตุ และอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าอื่นๆ
ค่า EC ของน้ำให้ข้อมูลอันมีค่าเกี่ยวกับคุณภาพและความเข้มข้นของสารละลาย ทำให้ค่า EC ของน้ำเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในสาขาต่างๆ เช่น วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม การบำบัดน้ำ และเกษตรกรรม
น้ำบริสุทธ์ (Pure H2O) เช่นน้ำกลั่น น้ำ RO จะมีการนำไฟฟ้าที่น้อยมาก แต่น้ำทะเล น้ำในแม่น้ำลำคลองนั้นมีแร่ธาตุต่างๆ เจือปนจึงมีค่าการนำไฟฟ้า (EC) ที่สูง
รูปภาพอธิบายความหมายของ EC การนำไฟฟ้าในน้ำ
หน่วยการวัดค่า EC
หน่วยดั้งเดิมของการนำไฟฟ้าคือโมห์ MHO ซึ่งเป็นส่วนกลับของความต้านทาน OHM แต่ในปัจจุบันมีหน่วย SI (International Standard) ได้แก่ซีเมนส์ (Siemens เขียนย่อเป็น S)
1 mho = 1 ซีเมนส์ (Siemens)
นอกจากนี้การวัดความนำไฟฟ้าในน้ำจะต้องมีการเปรียบเทีบกับระยะทางด้วย โดยจะเปรียบเทียบกับระยะทางขนาดเล็กๆ เช่น เซนติเมตร
ดังนั้นหน่วยวัด EC ในปัจจุบันโดยทั่วไปจะวัดเป็นหน่วยไมโครซีเมนส์ต่อเซนติเมตร (µS/cm) หรือมิลลิซีเมนส์ต่อเซนติเมตร (mS/cm)
การวัดค่า EC ในน้ำ
ในการวัดค่าคอนดักติวิตี้ (การนำไฟฟ้า) EC ของน้ำอย่างแม่นยำ จะใช้เครื่องมือเฉพาะทางที่เรียกว่า EC Meter เครื่องมือเหล่านี้ให้ค่าการอ่านที่รวดเร็วและแม่นยำ ทำให้ผู้ใช้สามารถประเมินค่าการนำไฟฟ้าของตัวอย่างน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ
มิเตอร์วัดค่าการนำไฟฟ้ามีหลายประเภท เช่นแบบพกพา แบบตั้งโต๊ะ และเซนเซอร์แบบอินไลน์ ซึ่งเครื่องวัดแบบพกพานั้นสะดวกสำหรับการวัดภาคสนาม
ในขณะทีแบบตั้งโต๊ะมีคุณสมบัติขั้นสูงและความแม่นยำสูงกว่าสำหรับการใช้งานในห้องปฏิบัติการ
เซนเซอร์แบบอินไลน์ได้รับการออกแบบมาเพื่อการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องในกระบวนการทางอุตสาหกรรมเป็นต้น
หลักการเลือกซื้อควรพิจารณาปัจจัยหลายประการเช่น ช่วงการวัด ความละเอียด ความแม่นยำ การชดเชยอุณหภูมิ และความสะดวกในการใช้งาน การเลือกมิเตอร์ที่เหมาะสมจะช่วยให้การวัดค่าการนำไฟฟ้าเชื่อถือได้และสม่ำเสมอ
ความสัมพันธ์ระหว่างค่า EC และ TDS
TDS หรือ Total Dissolved Solids คือการวัดไอออนทั้งหมดในสารละลาย ในขณะที่ EC คือการวัดกิจกรรมไอออนของสารละลายในแง่ของความสามารถในการส่งกระแสไฟฟ้า
ในสารละลายเจือจาง TDS และ EC ค่อนข้างจะเปรียบเทียบกันได้ TDS ของตัวอย่างน้ำที่อิงตามค่า EC ที่วัดได้สามารถคำนวณได้โดยใช้สมการต่อไปนี้:
TDS (มก./ล.) = 0.5 x EC (dS/m. หรือ mmho/cm.) หรือ = 0.5 * 1000 x EC (µS/cm.)
สามารถใช้ความสัมพันธ์ข้างต้นเพื่อตรวจสอบความยอมรับของการวิเคราะห์ทางเคมีของน้ำได้ เมื่อสารละลายมีความเข้มข้นมากขึ้น (TDS > 1000 มก./ล หรือ EC > 2000 µS./cm.)
สำหรับน้ำเพื่อการเกษตรและการชลประทาน ค่า EC และ TDS จะเกี่ยวข้องกันและสามารถแปลงค่าได้ด้วยความแม่นยำประมาณ 10% โดยใช้สมการต่อไปนี้:
TDS (มก./ล.) = 0.64 x EC (µS/cm) หรือ TDS (มก./ล.) = 640 x EC (mS/cm)
การประยุกต์ใช้ของค่าการนำไฟฟ้า
- ความปลอดภัยของน้ำดื่ม: ช่วยให้แน่ใจว่าน้ำดื่มปลอดภัยและเป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพโดยบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของสารปนเปื้อนที่ละลายอยู่
- การจัดการพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำ: ช่วยตรวจสอบคุณภาพน้ำและให้แน่ใจว่าสภาพแวดล้อมทางน้ำเหมาะสมที่สุดสำหรับสิ่งมีชีวิตในน้ำเพื่อรักษาสภาพแวดล้อมทางน้ำให้มีสุขภาพดี
- การบำบัดน้ำเสีย: EC ใช้เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของกระบวนการบำบัดและเพื่อให้แน่ใจว่าน้ำที่ผ่านการบำบัดเป็นไปตามข้อบังคับการปล่อยทิ้ง
- อุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม: ใช้เพื่อตรวจสอบคุณภาพของน้ำที่ใช้ในการผลิตอาหารและเครื่องดื่ม เพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามมาตรฐานเฉพาะด้านความสม่ำเสมอและความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์
วิธีลดค่า EC ของน้ำ
โดยทั่วไปแล้ว คำถามนี้ไม่ใช่คำถามที่ตอบง่าย เนื่องจากมีปัจจัยต่างๆ มากมายที่อาจทำให้ค่าการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ดังที่เราได้กล่าวไปข้างต้น ค่าคอนดักติวิตี้เพิ่มขึ้นเนื่องจากมีของแข็งที่ละลายอยู่ในสารละลายมากขึ้น
ดังนั้น ค่า EC ของน้ำจะลดลงเมื่อเอาเกลือและของแข็งที่ละลายอยู่ในสารละลายออกไป กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือการทำให้บริสุทธิ์ของน้ำ การลดค่าคอนดักติวิตี้สามารถทำได้ดังต่อไปนี้
- ระบบรีเวิร์สออสโมซิส (RO): เป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด โดยใช้เมมเบรนกึ่งซึมผ่านได้เพื่อกำจัดแร่ธาตุต่างๆ ที่ละลายอยู่ในน้ำได้มากถึง 99% มีประสิทธิภาพสูงในการกำจัดสารปนเปื้อนหลากหลายชนิด รวมถึงเกลือ โลหะหนัก และสารละลายอื่นๆ
- การกลั่น (Distillation): มีหลักการโดยให้ความร้อนกับน้ำจนถึงจุดเดือด เปลี่ยนน้ำให้เป็นไอน้ำ จากนั้นจึงควบแน่นกลับเป็นของเหลวอีกครั้ง กระบวนการนี้ช่วยขจัดแร่ธาตุ หรือสารต่างๆ ที่ละลายเจือปนในน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง
- ระบบกำจัดไอออน (DI): เกี่ยวข้องกับการส่งน้ำผ่านเรซินที่ขจัดไอออนที่ละลายอยู่ เรซินแลกเปลี่ยนไอออนบวกจะแทนที่ไอออนที่มีประจุบวก (เช่น แคลเซียมและแมกนีเซียม) ด้วยไฮโดรเจนไอออน ในขณะที่เรซินแลกเปลี่ยนไอออนลบจะแทนที่ไอออนที่มีประจุลบ (เช่น คลอไรด์และซัลเฟต) ด้วยไอออนไฮดรอกไซด์
- การกรองแบบนาโน (Nano Filter): เป็นกระบวนการกรองด้วยเมมเบรนที่คล้ายกับการกรองด้วยคลื่นความถี่วิทยุ (RO) แต่มีขนาดรูพรุนที่ใหญ่กว่า มีประสิทธิภาพในการกำจัดไอออนที่มีประจุสอง (เช่น แคลเซียมและแมกนีเซียม) และโมเลกุลอินทรีย์ ในขณะที่ให้ไอออนที่มีประจุเดียว (เช่น โซเดียมและคลอไรด์) ผ่านได้
บทสรุป
ค่าการนำไฟฟ้า (EC) เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญสำหรับการประเมินคุณภาพน้ำและการทำความเข้าใจความเข้มข้นของไอออนที่ละลายอยู่ โดยการวัดว่าน้ำสามารถนำไฟฟ้าได้ดีเพียงใด
EC ให้ข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับการมีอยู่ของเกลือ แร่ธาตุ และสารอื่นๆ การวัดค่า EC ที่แม่นยำมีความจำเป็นสำหรับการติดตามสิ่งแวดล้อม การบำบัดน้ำ เกษตรกรรม และกระบวนการอุตสาหกรรม เพื่อให้แน่ใจว่าน้ำเป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพและรองรับการใช้งานต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ