Улучшение теоретической модели проводимости HydroBuddy, LMCv2 – Наука в гидропонике
Теоретические оценки электропроводности Hydrobuddy никогда не были хорошими.. Как я уже говорил в предыдущем посте, программа использует очень простую модель, основанную на предельной молярной проводимости, для расчета EC. Программное обеспечение знает, сколько проводит каждый ион, когда он сам по себе, поэтому оно суммирует все эти значения проводимости, умноженные на концентрацию, и предполагает, что дополнительных эффектов нет. Значения проводимости, вытекающие из этого предположения, очень велики, потому что существуют эффекты, которые значительно снижают проводимость ионов при больших концентрациях, поэтому HydroBuddy просто сокращает оценку на 35% в надежде получить более точные значения. Это прекрасно работает в одних случаях, но очень плохо в других.
Причина, по которой это происходит, заключается в том, что фактический вклад некоторых ионов в проводимость уменьшается более резко в зависимости от концентрации и из-за присутствия других ионов по сравнению с другими. Это означает, что нам необходимо учитывать это снижение проводимости ионно-специфическим образом. Один из способов приблизиться к этому — забыть о теоретических приближениях и просто создать эмпирическую модель, использующую экспериментальные данные. Это то, что я сделал, когда создавал эмпирическую модель, которая присутствует в HydroBuddy с версии 1.7. Эта модель работает очень хорошо, если вы используете точный список солей, которые использовались для создания модели, и вы остаетесь в пределах значений концентрации, которые использовались для ее создания.
Это экспериментальное решение может быть отличным. На самом деле это метод, который я использовал для создания пользовательских версий HydroBuddy для клиентов, которые хотят иметь высокую точность в своих оценках EC в солях, которые они специально используют. Однако этот процесс громоздкий и дорогой, мы с женой — оба мы химики — проводим все эксперименты, и обычно требуется целый день, чтобы подготовить более 80+ растворов с использованием высокоточного объемного материала, чтобы получить все экспериментальные данные. Он также ограничен по объему, поскольку любое изменение соли обычно требует приготовления значительного количества дополнительных растворов, чтобы учесть его.
Конечно, было бы здорово, если бы мы могли создать лучшую, полностью теоретическую модель проводимости. Покопавшись в литературе и программах, используемых для расчетов, связанных с электропроводностью, я нашел программу под названием Aqion, которая реализует более точную модель по сравнению с моделью HydroBuddy LMC. Подробнее об их подходе можно прочитать здесь. Они используют предельные молярные проводимости, но вводят дополнительные условия для внесения поправок, специфичных для ионов, которые связаны как с ионным зарядом, так и с ионной силой. Ионный заряд — это электрический заряд каждого иона, например, +1 для К.+ и +2 для Fe+2и т. д. Ионная сила представляет собой сумму молярной концентрации каждого иона, умноженную на его заряд.
На приведенном выше графике показано, как этот поправочный коэффициент влияет на раствор при изменении ионной силы и заряда ионов. По мере того, как раствор становится более разбавленным, уравнение приближается к сумме проводимостей при бесконечном разбавлении. Наоборот, по мере того, как раствор становится более концентрированным или увеличивается заряд ионов, падение проводимости становится более выраженным. Оба эти явления согласуются с экспериментальными наблюдениями и гораздо лучше отражают предполагаемое изменение проводимости при взаимодействии различных ионов в растворе.
Приведенное выше уравнение дает нам более удовлетворительную теоретическую оценку проводимости по сравнению с текущей моделью HydroBuddy LMC. Новая модель способна применять поправочные коэффициенты для каждого иона, а также изменять величину этих поправок в зависимости от концентрации растворов. Эта новая модель будет реализована для замены текущей модели LMC в HydroBuddy v1.9, которая будет выпущена в ближайшем будущем. Это должно обеспечить значительно более точные оценки электропроводности для приготовления гидропонных растворов.
