History of the WHO FCTC process

Medi¸c˜ao com c´elulas de dois el´etrodos

A c´elula de dois el´etrodos ´e a tipologia de c´elula cl´assica e mais simples para a medi¸c˜ao da condutividade. A c´elula ´e composta por dois el´etrodos onde, para al´em de aplicado o campo el´etrico, ´e feita a medi¸c˜ao da corrente e a medi¸c˜ao da queda de potencial por esta provocada.

(a) Modelo de medida (b) Exemplo de sonda

Figura 2.7: Representa¸c˜ao do m´etodo de medi¸c˜ao com sonda de 2 el´etrodos e respetiva aparˆencia t´ıpica (Adaptado de [11])

A ilustra¸c˜ao cl´assica desta sonda, 2.7a, representa os el´etrodos como duas placas sepa- radas pela solu¸c˜ao em teste. Dada a simplicidade desta configura¸c˜ao ´e poss´ıvel construir c´elulas extremamente compactas, sendo tipicamente protegidas por um tubo para evitar a sua danifica¸c˜ao, como exemplificado na figura 2.7b.

A constante da c´elula, Kcelula´e dada, tal como explicado em 2.1.3, pela rela¸c˜ao geom´etrica

da ´area seccional dos el´etrodos e a distˆancia entre si.

No entanto, esta abordagem tem v´arios defeitos. Como se pode observar no modelo de Randel, na figura 2.6b, a impedˆancia calculada a partir das medi¸c˜oes de corrente e tens˜ao feitas ´e a soma da impedˆancia da ´agua com a impedˆancia de polariza¸c˜ao, dos el´etrodos e da cablagem a estes ligada. Por este motivo, o cen´ario onde as sondas de dois el´etrodos s˜ao mais usadas ´e no cen´ario em que a solu¸c˜ao possui uma condutividade muito baixa [11], como, por exemplo, na an´alise de ´agua doce ou ´agua pura, pois a impedˆancia da solu¸c˜ao ´

e uma ordem de grandeza superior as das restantes, tornando-as por isso desprez´aveis. Medi¸c˜ao com c´elulas de quatro el´etrodos

A c´elula com quatro el´etrodos, embora mantenha o mesmo princ´ıpio de medi¸c˜ao, tem como diferen¸ca chave o facto da medi¸c˜ao da diferen¸ca de potencial el´etrico entre dois pontos da solu¸c˜ao n˜ao ser feito com os el´etrodos onde o campo el´etrico ´e aplicado e a corrente flui. Nesta configura¸c˜ao, a medi¸c˜ao da diferen¸ca de potencial ´e feita num segundo par de

el´etrodos, no par interior, e o par de el´etrodos exterior ´e, de maneira exatamente igual ao m´etodo de dois el´etrodos, usado para aplicar um sinal no eletr´olito, sendo por estes que a corrente el´etrica flui.

Neste tipo de c´elula, a constante da c´elula, mencionada nas sec¸c˜oes anteriores como Kcelula, que ´e especificada pelo fabricante, diz respeito `a constante geom´etrica dos el´etrodos

interiores, nos quais ´e medida a diferen¸ca de potencial. Isto acontece pois, tipicamente, a polariza¸c˜ao ´e feita com uma fonte de corrente alternada e como tal, ´e a ´unica propriedade que ´e necess´ario ter conhecimento para compatibilidade com o dispositivo de medi¸c˜ao. No entanto, caso a polariza¸c˜ao seja por uma fonte de tens˜ao alternada, ´e necess´ario tamb´em considerar a constante geom´etrica que diz respeito aos el´etrodos exteriores, pois esta e a condutividade do l´ıquido ser˜ao as propriedades que ir˜ao determinar a gama de valores de corrente que flui pela c´elula e consequentemente, a gama de valores de diferen¸ca de tens˜ao lida nos el´etrodos interiores. Dado que este ´ultimo ser´a o m´etodo usado ser˜ao definidos os termos Kint e Kext, para definir a constante do el´etrodos internos e externos,

respetivamente.

A medi¸c˜ao utilizando uma c´elula de quatro el´etrodos tem como principal vantagem o facto de o segundo par de contacto efetuar a medi¸c˜ao da queda de tens˜ao apenas entre a resistˆencia do fluido, n˜ao sendo por isso suscet´ıvel aos erros de polariza¸c˜ao que ocorrem no contacto entre os el´etrodos exteriores e a solu¸c˜ao.

(a) Modelo de Medida (b) Exemplo de c´elula

Figura 2.8: Representa¸c˜ao do m´etodo de medi¸c˜ao com c´elula de 4 el´etrodos e respetiva aparˆencia t´ıpica (Adaptado de [11])

Como o volt´ımetro, instrumento de medida utilizado nos el´etrodos interiores, possui uma impedˆancia muito alta, a corrente que flui por este par de el´etrodos ´e insignificante e por conseguinte os efeitos de polariza¸c˜ao resultantes do contacto entre os el´etrodos e a solu¸c˜ao, assim como as impedˆancias dos cabos, usados para fazer a interface com o instrumento de medida, tamb´em o s˜ao.

Pelos motivos descritos nos par´agrafos anteriores, o m´etodo de quatro el´etrodos ´e vul- garmente utilizado nas medi¸c˜oes de condutividade em amostras com n´ıveis de m´edia e grande condutividade [11], como a ´agua do mar ou em aplica¸c˜oes onde a gama de condu-

tividades a medir ´e bastante extensa. No entanto pode tamb´em ser usado em solu¸c˜oes de baixa condutividade.

Habitualmente este tipo de c´elulas oferece um intervalo de medida entre 10µS/cm at´e 100 S/m [11].

Materiais

As c´elulas de contacto s˜ao constru´ıdas com v´arios tipos de material. No caso dos el´etrodos, os materiais usados tˆem que respeitar trˆes aspetos fundamentais, condutividade alta, imunidade `a corros˜ao e alta resistˆencia mecˆanica e qu´ımica. De entre o universo de materiais que possuem estas caracter´ısticas, os mais utilizados s˜ao a platina, grafite, a¸co inox e titˆanio. Na constru¸c˜ao da interface que suporta os el´etrodos, de forma a garantir o isolamento el´etrico, s˜ao usados frequentemente epoxy e/ou vidro.

Compara¸c˜ao entre c´elulas

Nesta sec¸c˜ao ´e feita uma compara¸c˜ao sum´aria entre os dois tipos de c´elulas. Na figura 2.9 [14], ´e recomendado um intervalo de valores de condutividade que cada tipo de c´elula de c´elula deve medir.

Figura 2.9: Intervalo de valores de condutividade recomendados e n˜ao recomendados para cada tipo de c´elula e material dos respetivos el´etrodos (Adaptado de [14])

Na tabela 2.4 ´e feita uma compara¸c˜ao sum´aria a todos os aspetos mencionados nas sec¸c˜oes anteriores.