قياس الاملاح
————
قبل العام 1960 لم يكن هنالك إجماعٌ دولي على اعتماد وحدة قياسٍ ما لقياس الموصلية الكهربائية
electrical conductivity وكان المختصين يستخدمون وحدة قياس تدعى mmho/cm
millimho per cintemeter ( ميلي مو في السنتي متر ) وو حدة قياس الموصلية
الكهربائية ( مو mho ) هي عبارة عن كلمة ( أوم ohm ) معكوسة و الأوم كما نعلم هو وحدة
قياس كهربائية تستخدم في قياس المقاومة الكهربائية electrical resistance , لكن وحدة
قياس الموصلية الكهربائية هذه تستخدم اليوم على نحوٍ ضيقٍ جداً وذلك أنه منذ العام 1960 تم
اعتماد وحدة قياس جديدة وهي ( السيمينس siemens ) ونعبر بالسيمنس عن مقدار الموصلية
الكهربائية و يعتبر الديسي سيمينس أشهر وحدات قياس الموصلية dS/m
deci siemens per meter .
والآن ماهي العلاقة بين مستوى تركيز الأملاح في وسطٍ ما و بين وحدة القياس هذه و أعني بها
( السيمينس) , هذا السؤال ينقلنا إلى الحديث عن وحدات قياس تراكيز الأملاح في السوائل , أو
ما يدعى TDS أي ( مجمل المركبات الصلبة الذائبة ) total dissolved solids
حيث يشمل هذا المفهوم وحدات قياسٍ مثل ال ppm أي جزء في المليون part per million
و نعني بها عدد جزيئات الملح الذائبة في مليون جزءٍ من الماء
و ال ppt أي جزء في الألف part per thousand و نعني بها عدد جزيئات الملح الذائبة
في الف جزءٍ من الماء , والاختلاف بين السيمنس وبين وحدات قياس مثل ppt هو أن السيمينس
هو وحدة قياسٍ كهربائية ( فيزيائية) أما ppt و ppm فهي وحدات قياسٍ كيميائية , لكن هنالك
علاقةٌ حقيقية بين وحدات القياس هذه فكلما ازداد مقدار إحداهما إزداد مقدار الأخرى حتماً على
اعتبار ان إحداهما تمثل مقدار الموصلية الكهربائية و الثانية تمثل نسبة الأملاح الذائبة , إذاً ماهي
العلاقة بينهما ؟ إن كل 1dS/m يساوي مابين 500ppm و 800ppm وذلك تبعاً لنوعية
الأملاح الذائبة و سنتحدث لا حقاً بشيءٍ من التفصيل عن كيفية التحويل بين وحدات القياس هذه
لكن هنالك عامل لا بد من أن أذكره هنا و هو أن الموصلية الكهربائية تزداد بازدياد درجة حرارة
الوسط ( وفق حدودٍ معينة) لذلك فإننا إذا قمنا بتحليل مياه بئرٍ أو نبع ماء ما في فصل الشتاء
بقصد تحديد درجة ملوحته فإننا سنحصل على قيم تختلف عن القيم التي سنحصل عليها لو قمنا
بتحليل العينة ذاتها في فصل الصيف , لذلك فإن هيئات القياس الدولية قد أخذت هذه الظاهرة
بعين الاعتبار و اتفقت على اعتماد درجة حرارة قياسية عند تحليل العينات و هي 25 درجة
مئوية , بمعنى أنني عندما أقول بأن الموصلية الكهربائية لمياه نهر النيل عند المصب هي
dS/M3 فإنني أعني بأن الموصلية الكهربائية لتلك المياه هي 3dS/m عندما تكون درجة الحرارة
25 درجة مئوية لذلك فإن أجهزة قياس الموصلية الكهربائية الحديثة تقوم بشكلٍ تلقائي عند قياس
الموصلية الكهربائية في عينة مياهٍ ما مهما كانت درجة حرارة تلك العينة با فتراض أن تحليل
هذه العينة قد تم في درجة حرارة 25 مئوية و تقوم بإجراء العمليات الحسابية اللازمة , لكن
الخبراء ينصحون بأن نقوم فعلياً بتعديل درجة حرارة العينة التي نويد تحليلها ( بتسخينها أو
بتبريدها ) لكي تصبح حرارتها الفعلية 25 درجة مئوية قبل أن نقوم بقياس موصليتها الكهربائية
وذلك تجنباً لوقوع الأخطاء الممكنة الوقوع مهما كانت تقنية أجهزة قياس الموصلية الكهربائية
عالية.
وثمة عاملٌ آخر يؤثر على دقة قياس الموصلية الكهربائية و هو أن موصلية الأملاح المختلفة للتيار
الكهربائي ليست سواءً , فموصلية كبريتات الأمونيوم Ammunium sulphate للتيار الكهربائي
تبلغ ضعف موصلية نترات الكالسيوم calcium nitrate كما أن موصلية كبريتات المغنزيوم
تبلغ ثلث موصلية كبريتات الأمونيوم و لئن كان القياس الدقيق ممكناً في المخابر عندما نذوب
أملاحاً خاليةً من الشوائب في ماءٍ مقطر , فإن القياس الدقيق لموصلية عينة مياهٍ نهر ملوثة هو
أمرٌ شديد الصعوبة .
ويمكننا عند معرفة قيمة الموصلية الكهربائية لعينةٍ ما أن نعرف مقدار الأملاح المنحلة في تلك
العينة و لو بشكلٍ تقريبي ( بسبب تباين موصلية الأملاح المختلفة) كما أن بإمكاننا معرفة قيمة
الموصلية الكهربائية لعينةٍ ما من خلال معرفة نسبة الأملاح المنحلة في هذه العينة و ذلك وفق
معادلة بسيطة تعتمد على عامل تحويل conversion factor يمثل العلاقة بين وحدة قياس
الموصلية الكهربائية و بين مقدار الأملاح المنحلة , و عامل التحويل هذا لا يمثل رقماً ثابتاً
حيث يتراوح مقدار عامل التحويل هذا بين 500 و 1000 وهذا الأمر يعود كذلك إلى تباين
موصلية الأملاح المختلفة للتيار الكهربائي, وفي ولاية فلوريدا الأمريكية مثلاً يعتمد عامل تحويل
مقداره 700 , وكما نعلم فإن تركيز الأملاح في عينةٍ معينة يحسب كالآتي :
عامل التحويل ( 700 مثلاً ) × الموصلية الكهربائية ( سيمينس ) = تركيز الأملاح في العينة
فإذا أردنا معرفة تركيز الأملاح في عينة مأخوذة من بئر في ولاية فلوريدا و كانت الموصلية
الكهربائية لتلك العينة تساوي 3dS/m فإننا نحسب تركيز الأملاح كالتالي :
عامل التحويل ( 700 ) × الموصلية الكهربائية للعينة ( وهي هنا 3dS/m )
700 × 3 = 21000ppm هي نسبة الأملاح المنحلة في هذه العينة ( بشكلٍ تقريبي)
و الآن إذا عرفنا مقدار الأملاح المنحلة في عينة ما فكيف نحدد موصليتها الكهربائية ؟
لنفترض أن مقدار الأملاح في عينة ما يساوي 3000ppm و كان عامل التحويل يساوي 500
وكما نعلم فإن مقدار الأملاح المنحلة في عينة ما تساوي معامل التحويل مضروباً في قيمة
الموصلية الكهربائية , وهذا يعني أن قيمة الموصلية الكهربائية تساوي مقدار الأملاح المنحلة
مقسوماً على عامل التحويل :
3000\500 = 6dS/m تقريباً.
– إذا كانت الموصلية الكهربائية لعينة ما تساوي EC=2dS/m و كان معامل التحويل 700
( حسب ولاية فلوريدا) فما هي كمية الأملاح المنحلة في تلك العينة؟
كمية الأملاح المنحلة = عامل التحويل ( 700 ) × قيمة الموصلية الكهربائية 2dS/m
700 x 2 = 1400 ppm
1400 جزء من الملح في كل مليون جزء من الماء .
وبعض المراجع العلمية تربط قيمة عامل التحويل بدرجة الموصلية الكهربائية ووفقاً لتلك المراجع
فإن قيمة عامل التحويل تكون ( 640 ) إذا كانت الموصلية الكهربائية أقل من 5dS/m
و تكون قيمة عامل التحويل ( 800 ) إذا كانت الموصلية الكهربائية أعلى من 5dS/m
فإذا كانت لدينا عينة مياه درجة موصليتها الكهربائية أقل من 5dS/m و لنقل 2dS/m مثلاً
فإننا نحسب تركيز الأملاح في هذه العينة كالتالي :
الموصلية الكهربائية 2dS/m × 640 ( وهي قيمة عامل التحويل) = 1280 ppm
1280 جزء من الملح في كل مليون جزء من الماء تقريباً
و إذا كانت لدينا عينة مياه درجة موصليتها الكهربائية أعلى من 5dS/m و لنقل 6dS/m
مثلاً فإننا نحسبها كالآتي :
الموصلية الكهربائية 6dS/m × 800 ( قيمة عامل التحويل )= 4800ppm
4800 جزء من الملح في كل مليون جزء من الماء تقريباً
معلومات عامة :
—————-
مياه الشرب تحوي مقداراً من الأملاح بحدود 5ooppm أي 500 جزء من الملح في كل
مليون جزء من الماء أو ما يعادل 500 ميليغرام من الأملاح في كل كيلو غرام من الماء حيث
أن كل 1ppm يساوي 1 ميليغرام , أي أن الميليغرام الواحد يعادل جزء من المليون في كل
كيلو غرام . ( يفترض الكيميائيون أن لتر الماء يعادل كيلو غرام واحد من الماء )
– تقاس الصوديوية بوحدة قياس تدعى SAR ( معدل كثافة الصوديوم )
The Sodium Adsorption Ratio
– الموصلية الكهربائية لمياه المطر هي بحدود 0.01 dS/m
– الموصلية الكهربائية لمياه البحار هي بحدود 50dS/m
) ما ورد هنا عن الموصلية الكهربائية لماء المطر و مياه الشرب و ماء البحر هي أرقام تقريبية
فلكل بحر و لكل محيط موصلية كهربائية تختلف اختلافاً شديداً عن موصلية بقية البحار و المحيطات
كما أن تركيز الأملاح في ماء الشرب و مياه الأمطار يتباين من منطقةٍ لأخرى تبايناً شديداً .)
– كل 1ppt ( جزء في الألف ) يساوي غرام واحد 1g من الملح ذائباً في كيلو غرام من الماء.
– العناصر الكبرى كالكالسيوم و النتروجين و الصوديوم توجد في التربة بتركيز ppt أي عدة
أجزاء من هذه الأملاح في كل ألف جزء من التربة , أما العناصر الصغرى فتوجد بتركيز
ppm أي عدة اجزاء من هذه العناصر في كل مليون جزء من التربة , وهذا يعني أن تركيز
أي عنصر من العناصر الكبرى هو أكثر بآلاف المرات من تركيز أي عنصرٍ من العناصر
الصغرى .( العناصر الصغرى هي كالنحاس و الزنك و غيرها ).