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TDS미터기를 이용한 총용존고형물(TDS)의 측정
2014-03-27
TDS미터기를 이용한 총용존고형물(TDS)의 측정
“항상 원하는 것을 얻을 수는 없지.”라는 가사를 쓸 때 Mick Jagger가 TDS 미터기를 염두해 두고 쓰지는 않았을 것입니다. 하지만 TDS 미터기 사용자들은 이를 참고할만한 조언으로 받아들여야 합니다.
그 이유는 무엇일까요? TDS 미터기는 용존 고형물을 측정하지 않습니다. TDS는 전도도를 측정한 후 전도도를 전환계수와 곱하여 TDS를 계산합니다. 이 때, 우리는 두 가지를 가정할 수 있습니다: 모든 용존 고형물은 전도도를 생산하며, 동일한 TDS를 갖는 용액은 동일한 전도도를 갖는다는 것입니다. 그러나 George Gershwin의 말에 의하면, “반드시 그렇지만은 않습니다.” 전도도는 이온으로부터 발생됩니다. 물에 녹았을 때 이온을 생산하는 고체만이 전도도를 발생시킵니다. 이온을 발생하지 않는 고체는 전도도를 발생시키지 않습니다. 동일한 무게(TDS)를 지닌 이종의 이온성 고체가 전도도에 동일하게 기여하는 경우는 거의 없습니다. 반면, TDS는 이온과 무관합니다. TDS는 단순히 용액의 단위량 중 전체 고체가 지닌 총 무게를 의미합니다. 여기에는 전도도에 기여하는 이온성 고체와 전도도에 기여하지 않는 비이온성 고체가 포함됩니다.
첫 번째 가정이 충족되지 않을 때 어떤 일이 일어나는지는 쉽게 이해할 수 있습니다. 수돗물로 만든 한 잔의 커피는 물 속에 원래 존재하는 이온성 고체에 의해 발생된 전도도를 지닙니다. 설탕 한 스푼을 넣은 동일한 커피는 전도도가 동일하지만, 400~500배 큰 TDS를 지닙니다(설탕으로부터 발생). TDS 미터기는 전도도만을 측정하기 때문에 설탕이 존재하는 경우에는 큰 부의 오차(negative error)가 발생됩니다.
다행스럽게도, TDS 미터는 이러한 큰 오류를 발생시키는 경우가 거의 없습니다. 이온성 고체(염)가 주된 용존 고체인 자연수와 처리수(treated water)와 같은 표본을 측정하는데 대부분 이용되기 때문입니다. 비이온성 고체인 실리카 역시 존재하지만, 실리카는 보통 전체에서 차지하는 비율이 적습니다. 그럼에도 불구하고TDS 미터기는, 동일한 TDS를 지닌 용액이 동일한 전도도를 갖는다는 두 번째 가정이 거의 충족되지 않으므로 여전히 오류를 발생시킵니다. 대신, 아래의 표에서 볼 수 있는 것과 같이 동일한 TDS를 지닌 염 용액은 매우 다른 전도도를 지닐 수 있습니다.
따라서, 염화나트륨이 풍부한 물과, 중탄산나트륨이 풍부한 물은 동일한 TDS를 지닐 수는 있지만, 전도도는 거의 두 배까지 차이가 납니다. 어떤 염이 존재하며 어쩐 전환 계수를 사용할 것인지 미터기가 사전에 미리 인식하고 있지 않는 한, TDS의 해석에는 오류가 발생할 것입니다.
아래의 그래프는 미국 전역에서 채취한 25개의 지표수에 대한 TDS와 전도도 비율(미터기의 전환 계수)의 다양성을 나타낸 것입니다.
대부분의 값은 0.55와 0.70의 사이에 위치하나, 비율의 범위는 0.51에서 0.83에 이릅니다. 모든 표본에 대하여 단일한 전환 계수를 이용할 수 없다는 점은 명확합니다. 대부분의 TDS 미터기는 평균값을 이용합니다: uS/cm당 0.65 ppm TDS가 보편적으로 이용됩니다. 이러한 전환 계수를 사용하는 TDS에서 발생하는 오류는 전형적으로 15% 이하입니다.
하지만, 그래프의 1, 2, 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 오류는 훨씬 더 클 수 있습니다. 아리조나의 Gila River에서 추출한 표본 1의 염화나트륨 농도는 굉장히 높아 전도도에 대한 TDS의 비율이 작습니다(위의 표 참조). 뉴 멕시코의 Pecos River에서 추출한 표본 2는 중탄산염과 황산칼슘의 농도가 높아 전도도에 대한 TDS의 비율이 큽니다. 콜로라도의 Estes Lake에서 추출한 표본 3는 염에 비해 이온화되지 않는 실리카의 비율이 매우 큽니다: 따라서 전도도는 낮지만 TDS는 큽니다.
일부 TDS 미터는 다양한 구성요소의 문제들을 모두 방지합니다. 이러한 TDS 미터는 전도도가 일반적으로 염화칼륨(KCl)이나 염화나트륨(NaCl)과 같은 단일 염에 의해 발생된다고 가정하며, 결과를 ppm KCl 또는 ppm NaCl로 표현합니다.
5081-C를 제외하고, 현재 모든 Rosemount Analytical 전도도 분석기와 트랜스미터는 전도도를 TDS로 자동으로 전환시킬 수 있도록 환경 설정이 가능합니다. TDS를 계산하기 위해 기기는 1°C 당 2%의 온도계수를 사용하여 25°C 에 대한 측정 전도도를 수정하며, 그 결과에 0.65를 곱합니다. 5081-C에서 전환은 커스텀 커브(custom curve)를 통해 실행됩니다. 커스텀 커브는 모든 Rosemount Analytical 전도도 분석기에서 이용 가능하며, 사용자는 이를 이용해 0.65이외의 전환 계수, 또는 1°C 당2% 이외의 온도 계수를 선택할 수 있습니다.
원문 출처 : http://www.analyticexpert.com/2012/08/measuring-total-dissolved-solids-tds-with-a-tds-meter/
번역문 출처 : http://blog.naver.com/liber10/30147266419
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