AN-EC-038
2026-03
【技術資料】電気化学インピーダンス分光法による飲料水中の電気伝導度測定
Study of potable waters analyzed with the 11COND screen-printed electrode
概要
イオン伝導率(σ)は、さまざまな液体溶液を評価する際の重要な要素です。たとえば、このパラメーターは水の塩分濃度と直接関係しており、存在する汚染の量を示す場合もあります[1]。そのため、σを正しく算出することが極めて重要です。しかし、標準的な導電率プローブを使用する場合、多くは大量の液体が必要となり、それが常に得られるとは限りません。さらに、特定の種類の試料では汚染の問題が生じ、プローブが損傷する可能性があります。これらの欠点を踏まえ、本アプリケーションノートでは、スクリーン印刷技術を用いた使い捨てのソリューションをご紹介します。11COND スクリーン印刷電極(SPE)を使用して、各種の飲料水試料のσ 値を、1試料につきわずか100 µLで求めます。得られた結果を標準的な導電率プローブによる結果と比較し、この使い捨てソリューションの適合性と再現性を示します。
基本概念
σの測定は、電場を印加した際のイオンの移動(分極)と直接関係しています。この条件下では、イオンは抵抗を受けながら移動し、この抵抗が溶液の導電率を算出するために利用されます。
実験的には、電気化学インピーダンス分光法(EIS)が一般的に用いられます。これは、ある程度の交流振動を伴う直流電位を印加することで、イオンの移動を生じさせるためです。選択した周波数が、溶液の抵抗成分のみ(すなわちオーム挙動)を考慮できる程度に十分高ければ、インピーダンスの絶対値(|Z |)は基本的に溶液抵抗となります[2]。
この値に加えて、セル定数(Kcell)で表されるセルの寸法も考慮する必要があります。標準的なプローブでは、このパラメーターはσを測定するセルの長さ/面積の関係を表します。
図1は、11COND SPEを使用する際に用いるべき式を示しています。
基部(内部)電極の抵抗は、項roで表されます。この式が厳密に成り立つためには、温度を25 °Cで一定にする必要があることにご注意ください。この電極を使用できる導電率の範囲は、84 µS·cm-1から111.8 mS·cm-1までです。
結果
図5に、本検討の結果を各試料タイプのエラーバーとともに示します。11COND電極による値と標準的な導電率プローブによる値は非常によく似ており、SPEを使用することの適合性が実証されました。各水試料は、結果に再現性があることを確認するため、3つの異なるSPEで分析しました。
実験に必要な量が少なく、電極が使い捨てであることを考えると、11CONDは、中程度の濃度の溶液におけるイオン伝導率を測定するための、簡便で実用的な代替手段となります。
まとめ
本アプリケーションノートでは、11COND スクリーン印刷電極が、さまざまな飲料水のイオン伝導率の値を効果的に測定できることを示しました。本検討では、水道水に加えて市販のミネラルボトルウォーター7銘柄を対象とし、11COND SPEと標準的な導電率プローブとの間で、ほとんど区別がつかない結果が得られました。これらの結果は、特に少量の試料における導電率測定での11COND電極の信頼性と実用性を示す実証となり、はるかに大きな試料量を必要とする従来の導電率計に対して明確な優位性があることを示しています。
参考資料
- R.B. Baird; E.W. Rice; A.D. Eaton. 水および廃水の検査の標準法 第23版, 第23版; American Public Health Association: Washington DC.
- Lazanas, A. Ch.; Prodromidis, M. I. 電気化学インピーダンス分光法 – チュートリアル. ACS Meas. Sci. Au 2023, 3 (3), 162–193. https://doi.org/10.1021/acsmeasuresciau.2c00070.
