물속에 녹아있는 총 용존 고형물의 양을 파악하기 위해, 두 전극 사이에 전압을 걸어 이온들의 이동으로 발생하는 전기전도도를 측정하는 원리는?

Question

물속에 녹아있는 총 용존 고형물의 양을 파악하기 위해, 두 전극 사이에 전압을 걸어 이온들의 이동으로 발생하는 전기전도도를 측정하여 수질의 변화와 필터 성능 저하를 수치화하는 분석 원리를 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

수질 분석에서 물속의 총 용존 고형물 양을 측정하는 원리는 물의 전기전도도를 이용하는 것입니다. 순수한 물은 전기를 통하지 않지만, 칼슘이나 나트륨 같은 무기 염류가 물에 녹으면 양이온과 음이온으로 분리되어 전하를 운반하는 역할을 하게 됩니다. 측정기의 두 전극을 물에 담그고 전압을 걸어주면 양이온은 음극으로, 음이온은 양극으로 이동하면서 미세한 전류가 흐릅니다.

​이때 흐르는 전류의 크기는 물속에 녹아있는 이온의 양에 비례하므로, 전류량을 측정하여 수중의 전기전도도를 계산할 수 있습니다. 수질 분석기기는 이 전도도 값에 일정한 환산 계수를 곱해 총 용존 고형물 양인 티디에스 수치로 변환합니다. 정수 필터가 정상적일 때는 이러한 이온성 물질을 잘 걸러내므로 통과한 물의 전도도와 고형물 수치가 매우 낮게 측정됩니다.

​하지만 필터가 노후화되거나 수명이 다해 성분을 제대로 거르지 못하면 이온들이 그대로 통과하게 됩니다. 결과적으로 전극 사이에 흐르는 전류량이 다시 많아지면서 고형물 수치가 급격하게 상승하게 되는데, 이를 통해 수질의 오염 정도와 필터의 성능 저하를 실시간으로 파악할 수 있습니다. 단 정밀한 측정을 위해 전류를 흘릴 때는 전극 표면에 이온이 달라붙어 방해하는 현상을 막고자 일정한 주기로 방향이 바뀌는 교류 전압을 사용합니다.

Answer 2

안녕하세요.

질문에서 설명하신 분석법의 원리는 전기전도도 측정을 이용한 총 용존 고형물 추정 원리인데요, 이는 물속에 녹아 있는 이온성 물질의 농도를 간접적으로 평가하는 방법으로, 정수기 필터 성능 확인이나 수질 모니터링에 널리 사용됩니다. 물속에는 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 나트륨 이온, 염화 이온, 황산 이온 등 다양한 용존 이온이 존재할 수 있는데요, 이때 두 전극 사이에 일정한 전압을 가하면, 양이온은 음극 방향으로, 음이온은 양극 방향으로 이동하면서 전하를 운반합니다. 이 이온 이동 때문에 전류가 흐르게 되고, 측정 장치는 이를 전기전도도로 수치화합니다. 일반적으로 물속 용존 이온 농도가 높을수록 전기를 더 잘 전달하므로 전기전도도가 증가하며, 반대로 순수에 가까운 물은 이온이 적어 전도도가 낮습니다. 따라서 측정된 전기전도도 값과 경험적으로 얻어진 환산 계수를 이용해 총 용존 고형물을 추정할 수 있습니다.

과정을 정리하면 우선 두 전극에 전압 인가하고, 용존 이온 이동 및 전류 발생 후 전기전도도를 측정하는 것인데요, EC 값을 기반으로 TDS 환산 후 TDS 변화를 통해 수질 상태 및 필터 성능 평가하게 됩니다. 예를 들어 정수기 필터가 노후되면 제거되지 않은 이온성 물질이 증가하여 TDS 값과 전기전도도가 상승할 수 있는데요, 이를 통해 필터 성능 저하를 간접적으로 판단하기도 합니다. 다만 TDS 측정은 이온성 물질 중심의 간접 추정이므로, 전하를 띠지 않는 유기물이나 일부 용존 성분은 충분히 반영되지 않을 수 있다는 한계도 있습니다. 감사합니다.