TDS-метри та рефрактометри для солі - різний принцип і діапазони

Існують прилади, діаметрально різні за принципом дії, але які вимірюють одну й ту саму величину. Виникає питання — а чому не можна виміряти одним приладом? Іноді можна. Але ж недарма інженери проектували різні прилади. І не за власною ініціативою, а йшли від потреб ринку, за порадами маркетологів.
Та не будемо тримати інтригу. Сьогодні ми розповімо, що спільного та чим відрізняються tds-метри та рефрактометри.

Вимірюють вони дійсно одну величину — концентрацію солей у воді або загальну мінералізацію.

А от діапазони у них не перетинаються. Там, де цифровий солемір вже загинається, рефрактометр тільки починає розігріватись. Та не лише діапазоном вони відрізняються, а й принципом дії. Як і сферою застосування, методом відбирання зразків та одиницями вимірювання.

Вимірювання солі через електропровідність

Тут застосовано непрямий метод вимірювання, як і майже в усіх вимірювальних приладах. Солемір не знає, скільки солі в розчині. Він взагалі не знає, що таке сіль. Все, що він вміє — це пропускати струм через рідину, вимірювати його силу та переводити за своєю таблицею калібрувань у цифри ppm (концентрація солі, що нас цікавить). Тобто по факту — це амперметр, відградуйований (розмічений) у ppm.
Можемо навести й інший, "споріднений" приклад. Високотемпературні пірометри із ниткою розжарення, що зникає, містять реостат, який регулює силу струму, що проходить через нитку розжарення, розташовану на тлі розпеченого предмета, температуру якого треба виміряти.
Як вимірює tds-метр?

Принцип такий:

Чим більше у воді розчинено іонів (Na⁺, Cl⁻, Ca²⁺, Mg²⁺ тощо), тим легше через воду проходить електричний струм.

Важливий момент! Ви бачите, що вимірюється загальна концентрація всіх солей, без розділення. Тобто виміряти, скільки саме кухонної солі (NaCl), у вас не вийде. Для цього потрібен тільки хімічний лабораторний аналіз. Тривалий і дорогий. Але необхідний, наприклад, при продажу питної води. І продавець, який поважає себе, вивішує результати лабораторних досліджень поруч із точкою продажу. Дивіться — мені нічого приховувати. Там же, до речі, практично завжди присутній і pH (кислотність - як один із параметрів води).
Отже, для експрес-тестів на місці, електронні солеміри — те, що треба! Прямо поблизу джерела води (басейн, ставок, річка, озеро та ін.).

Не потрібні розчини, доступ до розетки 220 В та висока кваліфікація персоналу. Оголив датчик, знявши ковпачок (якщо він є), опустив у воду і дивись на дисплей! Погодьтеся, це величезний плюс.
Та от тільки вимірюють солеміри максимум до 10000 ppm, і це їхня «стеля». Це становить 1% розчинених солей.

Таким чином, tds-метри вимірюють малі концентрації, що обчислюються десятими, сотими та тисячними частками відсотків!

І в цьому їхня сильна сторона, їхній «хліб» і в цьому вони є незамінними. А чому більше не можна вимірювати? Проблема в тому, що залежність провідності від концентрації нелінійна. І чим більше солі розчинено, тим менш передбачуваним буде результат. При великих концентраціях:

• провідність уже зростає непропорційно;
• іони починають заважати один одному;
• температура починає сильно впливати.

Тому приблизно після 5–10 г/л (5000–10000 ppm) точність значно погіршується. Саме тому більшість побутових TDS-метрів відградуйовані максимум до 10000 ppm.

Вимірювання солі через світловий промінь

А ось для рефрактометрів і батарейки не потрібні! При якісному бренді, правильній експлуатації, дбайливому догляді, періодичному калібруванні (воно безкоштовне, його можна зробити самому, на відміну, наприклад, від алкотестерів), рефрактометри можуть слугувати вам роками.
До речі, це ніби й не зовсім... вимірювальний прилад. Тому й у нас на сайті brom.ua вони винесені в окрему підкатегорію.
«Це як же не прилад?! Він же вимірює!» Скажемо акуратніше — він оцінює вміст солі. До речі, не лише солі. У каталозі ПП Бром є рефрактометри і для цукру, і для меду, і для компотів та соків... Ну добре, хочете називати рефрактометр приладом — називайте. Але все ж на наш погляд, «прилади» — це пристрої, які живляться від електрики.
Тут нічого занурювати не треба. У рефрактометрах навіть датчика немає! Береться крапелька рідини і рівномірним тонким шаром розподіляється по лінзі та притискається зверху склом.

Ця оптична конструкція заломлює промінь (від сонця, лампи — не важливо) і спрямовує його по циліндричному корпусу до шкали, яка вже відградуйована у %. Ніяких ppm тут немає. Чому? Тому що, якщо відградуювати шкалу рефрактометра в ppm, то буде мелькотіти в очах від розрядів 10000 ppm — 100000 ppm... Інша справа — відсотки: 1% — 10%. Але так само позбавлена сенсу ідея градуювати tds-метри у %: 0,001% — 0,01%... Безглуздо вишукувати очима знаки після коми.

Як казав один із героїв роману А. Дюма «Три мушкетери»: «для Атоса це занадто багато, а для графа де ла Фер — занадто мало...».

Це якраз про одиниці вимірювання та шкали солемірів і рефрактометрів, які відрізняються на декілька порядків.
Зі зростанням концентрації сольового розчину змінюється показник заломлення, і світловий промінь відхиляється -  піднімається вище лінії, збігаючись із тією чи іншою позначкою у %. Так, порівняно з tds-метром, рефрактометр «грубуватий». Але він займає свою нішу, де потрібно виміряти одиниці та десятки відсотків!
Ось про ніші ми й поговоримо у наступному розділі.

Коли і що обрати?

Розберемо 3 випадки.

1. Водопровідна вода

Мінералізація близько 250 ppm. Це 0,025%. Рефрактометр такий розчин практично "не відчує" — зміна заломлення занадто мала. Для нього це НУЛЬ. А от TDS-метр покаже приблизно 250 ppm без проблем.

2. Морська вода

35 000 ppm. Це вже 3,5% солі. TDS-метр або покаже помилку, або переповнення залежно від моделі. Рефрактометр  покаже 3,5% дуже точно. Це його стихія.

3. Розсіл для засолювання огірків

10%. TDS тут взагалі ні до чого. Рефрактометр відобразить чесні 10%.

Тобто TDS-метри працюють у тому діапазоні, де рефрактометр майже «сліпий».

Наприклад:

• вода після зворотного осмосу — 5 ppm;
• дистильована — 0–2 ppm;
• хороша питна вода — 80–250 ppm;
• жорстка вода — 400–700 ppm.

Рефрактометр між 50 та 150 ppm практично не побачить жодної різниці. А солемір серед мікродоз розчинених мінералів — як риба у воді.

Висновки

TDS-метр — ідеальний для дуже слабомінералізованої води (одиниці, десятки, сотні ppm).

Рефрактометр — пристрій для концентрованих розчинів (відсотки).
Тому вони не конкуренти, а швидше доповнюють один одного. Саме тому на станціях очищення води використовують солеміри, а на харчових виробництвах, в акваріумістиці з морською водою, при засолюванні та у виноробстві часто використовують рефрактометри.