10 İletkenlik TDS ve iyonlar

10.1 Elektriksel iletkenlik neyi ölçer

Suyun elektriksel yanıtı

Bir iletkenlik ölçer suya daldırıldığında ekranda tek bir sayı belirir. Bu sayının arkasında, çözeltinin elektrik akımını taşıma biçimine ilişkin bir ölçüm vardır. Cihazın gösterdiği değer, suyun bütün özelliklerinin ortak puanı değildir. Önceki bölümde büyüklükleri koşullarıyla birlikte okumayı öğrendik; burada o yaklaşımı belirli bir ölçüme uygulayacağız. İletkenliği anlamak için suyun içindeki iyonları, ölçüm hücresinin geometrisini ve sonucun hangi sıcaklığa ait olduğunu birlikte düşünmek gerekir.

Sulu bir çözeltide elektriksel iletime iyonların hareketi katkıda bulunur. Bir iyonun çözeltide bulunması ile onun elektriksel ölçüme yaptığı katkı aynı türden bilgi değildir: ölçüm, yük taşıyan türlerin birlikte oluşturduğu yanıtı görür. Bu nedenle iletkenlik, iyonlarla ilgili güçlü bir toplu gösterge sağlar. Bununla birlikte göstergenin toplu olması, her iyonun ayrı ayrı miktarının öğrenildiği anlamına gelmez. Tek sayı, farklı katkıları bir araya getirdiği için kimyasal bileşimi bütün ayrıntılarıyla yeniden kurduramaz.

Elektriksel iletimi anlatırken iki yakın kavramı ayırmak yararlıdır. Kondüktans, belirli bir ölçüm düzeninin akımı geçirebilme özelliğidir ve G ile gösterilebilir. Elektriksel direncin tersi olduğundan G = 1/R ilişkisiyle yazılır; birimi siemens, simgesi S’dir. İletkenlik ise bu yanıtın ölçüm yolunun uzunluğu ve kesit alanı bakımından değerlendirilmiş hâlidir. Bu ayrım sayesinde hücrenin akımı geçirme yanıtından, geometrinin etkisi hesaba katılmış çözelti özelliğine geçeriz. Kondüktans ile iletkenlik aynı sözcüğün iki yazımı değildir; aralarında ölçüm düzenini tanımlayan bir işlem vardır. Aynı sebeple, direnç değeri görüldüğünde onu doğrudan bir su bileşimi olarak okumak mümkün olmaz. Direncin hangi düzen içinde ölçüldüğü bilinmelidir.

Gündelik kullanımda iletkenlik sözcüğü bu kavramların birkaçına birden karşılık gelebilir. İngilizce belgelerde de conductance, conductivity ve specific conductance ifadeleri her zaman aynı açıklıkla ayrılmaz. Bu yüzden yalnız parametrenin adına bakarak rapordaki büyüklüğü tanımlamış olmayız. Birimin S mi, S/cm mi olduğu ve sıcaklık bilgisinin nasıl verildiği okunmalıdır. USGS’nin tanımında geçen bir santimetreküplük çözelti ifadesi, iletkenliğin birim geometriye bağlanmasını anlatır. Bu ifade, her ölçümde kaba yalnız bir santimetreküp su koyulacağı biçiminde okunmaz. Gerçek hücrenin boyutu ve yerleşimi değişebilir; sonuç, kullanılan hücre sabitiyle karşılaştırılabilir büyüklüğe dönüştürülür. Böylece tanımın geometrisiyle numune kabının hacmi birbirinden ayrılmış olur.

Bu ayrım ölçümün değerini azaltmaz; ondan hangi bilgiyi bekleyebileceğimizi belirler. İletkenliğin kısa sürede izlenebilmesi, suyun iyonlara bağlı elektriksel davranışındaki farkları görünür kılar. Ancak ekrandaki sayıdan bileşim hakkında yapılacak her ilave çıkarım için bir ilişki veya ek analiz gerekir. Ölçülen yanıtı baştan doğru adlandırdığımızda, ileride TDS hesabına geçtiğimiz adımı da fark edebiliriz. İletkenlik ölçümüyle başka bir büyüklüğün tahmini arasındaki sınır, bu ilk tanımdan itibaren korunmalıdır.

Hücre geometrisinin ölçümdeki payı

Aynı homojen çözeltinin, aynı sıcaklıkta iki farklı elektrot düzeniyle ölçüldüğünü düşünelim. Elektrotlar arasındaki yolun uzunluğu ve etkin kesit alanı değiştiğinde, düzenin elektriksel direnci de değişebilir. Bu, çözeltinin kimyasal bileşiminin değişmesini gerektirmez. Dolayısıyla yalnız ölçülen kondüktansı karşılaştırmak, çözeltiye ait özellikle kullanılan düzene ait etkiyi birbirine karıştırabilir. İletkenlik tanımında geometrinin hesaba katılmasının nedeni budur. Karşılaştırılabilir bir çözelti özelliği elde etmek için ölçüm yolunun etkisini tanımlamak gerekir.

İdeal paralel levhalı bir hücreyi ele alırsak, hücre sabiti elektrotlar arasındaki uzaklığın elektrot alanına oranıyla açıklanır. Uzaklık d, alan A ise K = d/A olur. İletkenlik de κ = K × G bağıntısıyla bulunur. Bu bağıntıda κ, kappa diye okunan Yunan harfidir. Uzaklık santimetre ve alan santimetrekareyle ifade edildiğinde hücre sabitinin birimi cm⁻¹, iletkenliğin birimi S/cm olur. Bu, gerçek bir cihazın bütün ayrıntılarını veren yapım tarifi değil, ölçümdeki geometrik düzeltmenin temelidir.

Bu ideal düzende elektrotlar arasındaki uzaklığı artırmak ile akımın geçtiği alanı artırmak farklı etki yapar. Çözeltinin bileşimi ve sıcaklığı sabit tutulduğunda, daha uzun yolun direnci ile daha geniş kesitin direnci aynı yönde değişmez. κ = K × G ilişkisi, ölçülen kondüktansın neden hücrenin geometrisiyle birlikte değerlendirilmesi gerektiğini gösterir. Suya ait iletkenlik aynı kalırken farklı hücrelerde farklı kondüktanslar elde edilebilir. Örneğin ideal hücrenin yalnız alanı büyütülürse kondüktans artar, hücre sabiti azalır; yalnız uzaklık büyütülürse kondüktans azalır, hücre sabiti artar. Diğer koşullar değişmediği sürece iki etki çarpımda birbirini karşılar. Bu düşünce deneyi, aynı su için farklı ham yanıtlardan aynı iletkenliğe nasıl ulaşılabildiğini açıklar. Gerçek probun geometrisi için oranı göz kararıyla belirlemek yerine standartla belirlenmiş etkin hücre sabiti kullanılır.

Gerçek probların hücre sabitini yalnız dışarıdan cetvelle ölçerek belirlemek yeterli değildir. Ölçüm düzeninin etkin davranışı, iletkenliği bilinen bir standart çözeltiyle ilişkilendirilir. USGS’nin tek noktalı kalibrasyon açıklaması, bilinen iletkenlik ile ölçülen kondüktans üzerinden hücre sabitinin belirlenmesine dayanır. Buradaki önemli fikir, cihazın elektriksel yanıtının tanımlı bir çözeltiye bağlanmasıdır. Kalibrasyonun ayrıntılı uygulamasını ileride ele alacağız; şimdilik hücre sabitinin suyun içindeki tuz miktarını anlatan bir katsayı olmadığını ayırt etmek yeterlidir.

Hücre sabitinin kaydı, farklı hücrelerle elde edilen yanıtların nasıl aynı büyüklüğe dönüştürüldüğünü izlemeye yardım eder. Sabitin değişmesi tek başına suyun bileşiminin değiştiğini söylemez; kullanılan hücre farklılaşmış veya hücrenin etkin yanıtı yeniden belirlenmiş olabilir. Tersine, aynı sabitin kullanılması da suyun hep aynı iletkenlikte olduğu anlamına gelmez. Ölçümün iki çarpanını ayrı düşünmek bu karışıklığı önler. Tablo 39, elektriksel ölçümün kendi içindeki ayrımları gösteriyor. S/cm birimindeki uzunluk terimi de bu geometrik ilişkinin izini taşır. Cihazın kaydında görülen hücre sabitiyle suya ait sonuç aynı sütuna yazılmamalıdır; biri ölçüm düzenini, diğeri o düzenle belirlenen çözelti özelliğini tanımlar.

Özgün kavramsal karşılaştırma. Birimi ve sıcaklık koşulu belirtilmeden yalnız parametre adıyla karşılaştırma yapılmaz. Tablo bir sağlık veya cihaz kabul sınırı içermez.

Aynı değere ulaşan farklı bileşimler

İletkenliği yorumlarken yalnız çözeltide iyon bulunup bulunmadığını sormak yetmez. İyonların türleri ve çözeltideki miktarları, birlikte oluşan elektriksel yanıtta rol oynar. USGS’nin hidrojen iyonunu diğer iyonlardan farklı taşıma özellikleriyle ele alması bu ayrımı özellikle görünür kılar. Eşit miktarda farklı iyon bulunduğunda ölçüme yapılan katkıların da mutlaka eşit olacağı varsayılamaz. Bu yüzden iletkenlik, bütün iyonlara aynı ağırlığı veren basit bir sayım veya çözünmüş maddenin terazide tartılmış kütlesi gibi okunmamalıdır.

Öğretim amacıyla iki farklı su bileşimi düşünelim; bunlar gerçek numuneler değildir ve sayısal sonuç atamıyoruz. Birinde bazı iyonların, diğerinde farklı iyonların katkısı daha büyük olsun. Her iki karışımda da ölçülen toplam elektriksel yanıt aynı değere ulaşabilir. İletkenlik ölçeri yalnız bu toplamı gösterdiği için, aynı sonucu veren karışımları bütün bileşenleriyle ayırması beklenemez. Bunun için iyonların kendilerini hedefleyen analizler gerekir. Toplam yanıtın eşitliği, bileşimin eşitliğini kanıtlamaz.

Tersinden bakıldığında da bir iyonun miktarı ile iletkenlik arasındaki ilişki, diğer katkılardan bağımsız kurulamaz. Bir kaynakta iyon bileşiminin genel yapısı benzer kaldığında iletkenlikteki değişim yararlı bir izleme göstergesi olabilir. Fakat başka bir kaynağa geçildiğinde aynı sayının aynı iyon miktarını temsil ettiğini kabul etmek için dayanak gerekir. Bir toplamdan tek bileşeni çıkarmaya çalışıyorsak, kalan bileşenlerin katkısını nasıl ele aldığımızı açıklamalıyız. Bu, cihazın doğruluğundan önce gelen, yorumun bilgi gereksinimidir. Bir raporda aynı iletkenliğe sahip iki numunenin farklı iyon analizleriyle karşılaşılması bu nedenle kendi başına çelişki oluşturmaz. Elektriksel toplam benzer kalırken toplamı oluşturan katkılar farklı olabilir. Çelişki olup olmadığına karar vermek için her yöntemin hangi büyüklüğü belirlediğine ve iki numunenin karşılaştırma koşullarına bakılır.

Çözeltide bulunan her maddeyi de doğrudan aynı elektriksel katkıyla eşleyemeyiz. Ölçümün temelinde iyon hareketi bulunduğu için, toplam çözünmüş madde kütlesi ile iletkenlik farklı büyüklüklerdir. Maddenin hangi biçimde bulunduğu ve toplam elektriksel yanıta nasıl katıldığı önemlidir. Burada belirli bir organik madde için sıfır etki veya belirli bir iyon için değişmez katkı sayısı vermiyoruz. Yalnız ölçümün seçiciliğini tanımlıyoruz: iletkenlik hücresi, bütün çözünmüş maddeleri eşit koşulda tartan bir terazi değildir.

Bu fark, ölçüm sayısının ne kadar ayrıntılı yazıldığıyla ortadan kalkmaz. Daha çok ondalık basamak gösterilmesi, tek toplamdan daha çok bağımsız bileşen bilgisi elde edildiği anlamına gelmez. Cihazın elektriksel yanıtı iyi belirlenmiş olabilir; kimyasal yorum yine ek bilgi gerektirebilir. İletkenliğe bir iyon adı, toplam kütle veya kullanım uygunluğu hükmü eklerken ölçümden çıkarıma geçtiğimizi fark etmek gerekir. Sonraki alt bölümlerde TDS tahminini incelerken bu geçişi hesap üzerinde açıkça göstereceğiz.

Referans sıcaklığına göre karşılaştırmak

Önceki bölümde sıcaklığın farklı ölçümlerde farklı anlamlar taşıyabildiğini gördük. İletkenlikte sıcaklık, iyonların oluşturduğu elektriksel yanıtı etkiler. Bu nedenle aynı çözelti farklı sıcaklıklarda farklı iletkenlik değerleri verebilir. Suyun başka bir maddeyle karışması veya içerdiği iyon miktarının değişmesi, böyle bir farkın zorunlu açıklaması değildir. İki sonucu karşılaştırırken yalnız sayı ve birimin aynı olmasını yeterli sayamayız; ölçülen iletkenliğin hangi sıcaklığa ait olduğunu da bilmeliyiz.

Su çalışmalarında sık kullanılan çözüm, iletkenliği ortak bir referans sıcaklığına göre ifade etmektir. USGS, özgül iletkenliği 25 °C’ye göre raporlar. Başka sıcaklıkta elde edilen ölçüm, kullanılan sıcaklık düzeltme ilişkisiyle bu referansa taşınır. Buradaki 25 °C, suyun mutlaka o sıcaklıkta bulunduğunu söylemez; karşılaştırmanın hangi sıcaklık üzerinden kurulduğunu belirtir. Bu yüzden sahadaki gerçek su sıcaklığının kaydı ile raporun referans sıcaklığı iki ayrı bilgidir ve birbirlerinin yerine yazılmaz.

EPA’nın 120.1 yöntemi de sonucun 25 °C’ye göre verilmesini ister. Aynı metin, yöntemindeki sıcaklık düzeltmelerinin standart potasyum klorür çözeltisine dayandığını açıkça belirtir. Bu ayrıntı, bir düzeltme katsayısının hangi dayanağa bağlı olduğunu hatırlatır. Belirli bir yöntemde verilen katsayıyı bütün su bileşimlerinin değişmez özelliği saymak doğru değildir. Yöntem koşulu, sonuçla birlikte taşınmalıdır.

Otomatik düzeltme kullanan cihazlar da bu ilişkiden bağımsız değildir. USGS, farklı sıcaklık düzeltme yaklaşımlarının bulunduğunu ve özellikle düşük pH’lı suların standart yaklaşımlardan farklı davranabileceğini açıklar. Dolayısıyla ATC işareti, bileşimden bağımsız kusursuz bir dönüşüm güvencesi değildir. Kullanılan işlevin hangi tür örnekler ve hangi koşullar için uygun olduğunu bilmek gerekir. Burada bütün cihazlara tek katsayı önermiyoruz; karşılaştırmanın aynı referans ve uygun bir düzeltme dayanağıyla yapılmasını istiyoruz.

Şekil 26, bu iki işlemi ayrı gösterir. Hücre sabiti, ölçülen kondüktansı iletkenlikle ilişkilendirir; sıcaklık düzeltmesi ise o iletkenliği seçilen referans sıcaklığında ifade etmeye yarar. Her iki işlem de sayısal değeri değiştirebilir, fakat farklı soruları yanıtlar. Böylece ekranda aynı birimle görülen iki sayının neden doğrudan karşılaştırılamayabileceği anlaşılır. Bir cihaz ölçüm sıcaklığındaki değeri, diğeri 25 °C’ye göre düzeltilmiş değeri gösteriyorsa önce büyüklüklerin aynı temele getirilmesi gerekir.

Sensörün gördüğü su

İletkenlik hücresi, bütün bir kaynağı uzaktan incelemez; ölçüm sırasında kendi etkin bölgesinde bulunan suyun yanıtını alır. Daldırma tipi prob, numuneyi içinde tutan hücre ve akış hattına bağlanan hücre bu nedenle farklı ölçüm düzenleridir. USGS bunları ayrı hücre türleri olarak tanımlar. Uygun düzenin seçimi, sonucun hangi suyu temsil edeceğiyle bağlantılıdır. Aynı cihaz adı altında farklı örnekleme ve temas koşulları bulunabileceği için, ölçüm yerini ve biçimini bilmek sonucun anlamını tamamlar.

Akış hücresinde ölçülen su, hücreye gelen akışı; ayrı bir kapta ölçülen su ise o kaba alınan örneği temsil eder. Bunların aynı kaynağa ait olması, her koşulda aynı durumu göstereceklerini garanti etmez. Bu karşılaştırmayı yaparken hangi suyun ne zaman hücreye ulaştığını ve ölçümün hangi ortamda gerçekleştiğini sormak gerekir. Buradaki amaç ayrıntılı bir örnekleme talimatı vermek değildir. İletkenlik sonucunun kapsamını, sensörün gerçekten temas ettiği suyla ilişkilendirmektir. Aynı homojen suyla uygun biçimde çevrelenmiş bir hücrede, kabın başka bir yerindeki su miktarını artırmak tek başına hücrenin ölçtüğü özelliği değiştirmez. Buna karşılık hücrenin ölçüm bölgesine farklı bileşimde su ulaşırsa yanıt değişebilir. Ölçümün konusu bütün kaptaki toplam iyon kütlesi değil, hücrenin koşullarında oluşan elektriksel iletimdir.

EPA’nın saha yönteminde probun ölçüm bölgesinin numuneyle ıslanması, okumanın kararlı hâle gelmesi ve uzun süreli izlemede temsil edici konum seçilmesi birlikte ele alınır. Bu koşulların her biri farklı bir soruya cevap verir: hücre uygun temas kuruyor mu, ölçüm yanıtı değerlendirilebilir mi, seçilen yer incelenen ortamı temsil ediyor mu? Ekranda sayı bulunması bu soruların hepsinin yanıtlandığı anlamına gelmez.

Aynı noktada tekrarlanan okumaların birbirine yakın çıkması, ölçümün o noktada tekrarlanabilir olduğuna ilişkin bilgi sağlayabilir. Bununla birlikte doğru sıcaklık düzeltmesinin kullanıldığını veya o noktanın bütün kaynağı temsil ettiğini tek başına göstermez. Geometri, cihaz yanıtı, sıcaklık ilişkisi ve temsil sorusu ayrı değerlendirmelerdir. Bu ayrım özellikle uzun süre aynı sayının görülmesi durumunda yararlıdır; sabitlik, hangi büyüklüğün hangi koşulda izlendiği bilindiğinde anlam kazanır. Kararlı bir yanıtın kapsamı, ölçüm düzeninin kapsamını aşmaz.

Düşük iletkenlikte ölçümün sınırı

Düşük iletkenlikli bir suyu ölçerken küçük dış katkıların önemi artabilir. USGS, düşük iletkenlikli standartların kirlenmeye ve seyrelmeye özellikle duyarlı olduğunu belirtir. Bunun ölçüm mantığındaki karşılığı açıktır: başlangıçtaki elektriksel yanıt küçükse, benzer büyüklükte eklenen bir katkı toplamın daha büyük bölümünü oluşturabilir. Bu açıklama belirli bir numunede kirlenme olduğunu söylemez. Çok düşük bir sonuç değerlendirilirken kap, prob ve önceki çözeltiden taşınabilecek kalıntıların neden dikkatle ele alındığını açıklar.

Bir önceki çözeltiden kalan az miktarda sıvı, yeni numuneyle karıştığında artık ölçülen bileşimin parçası olur. Taşınan sıvının niteliğine göre okuma farklı yönde etkilenebilir; örneğin standart çözeltinin kirlenmesi ile seyrelmesi aynı süreç değildir. Bu nedenle beklenmedik farkları her zaman tek yönde düzeltmeye çalışmak yerine, örneğin ve referans çözeltinin nasıl ele alındığı araştırılır. Ölçümün öncesini bilmek, sonucun yüksek veya düşük olmasına bakıp kendiliğinden neden atamaktan daha sağlam bir başlangıç sağlar.

Düşük değeri gösterebilmek ile o değeri güvenilir biçimde belirleyebilmek de ayrı özelliklerdir. Bir ekranın küçük sayılar yazması, cihazın o aralıkta uygun yanıt verdiğini kendiliğinden kanıtlamaz. USGS, cihazların uygun ölçüm aralıklarına ve örnek değerlerine yakın standartlarla kontrol edilmesine dikkat çeker. Buradan bütün düşük değerleri kuşkulu saymak gerekmez. Gerekli olan, kullanılan cihaz ve kontrol düzeninin yorumlamak istediğimiz aralığı gerçekten kapsadığını göstermektir. Ölçüm aralığı, sonucun anlamını sınırlayan teknik koşullardan biridir.

Aynı dikkat çok geniş bir değer aralığıyla çalışırken de sürer. Bir probun bir aralıkta uygun olması, başka her aralıkta aynı performansı göstereceği anlamına gelmez. Hücre türü, cihazın çalışma aralığı ve referans çözeltiler bu nedenle birlikte değerlendirilir. Bir raporda çok küçük bir değerle çok büyük bir değer yan yana geldiğinde, yalnız aynı cihaz adının yazılması karşılaştırmayı tamamlamaz. Her iki aralıkta da uygun hücre ve kontrol düzeninin kullanılıp kullanılmadığı sorulur. Cihazın geniş bir gösterim aralığı sunması ile bütün bu aralıkta tanımlı ölçüm performansı sağlaması aynı bilgi değildir. Cihaz seçiminin ve kontrolünün ayrıntıları bu sorunun devamıdır.

Değişimi doğru soruyla izlemek

İletkenlik, karşılaştırılabilir koşullardaki bir dizi ölçüm içinde özellikle yararlı hâle gelir. Aynı büyüklüğün aynı referans sıcaklığında izlenmesi, iyonlara bağlı toplu elektriksel yanıtın nasıl değiştiğini gösterir. Bu değişimi yorumlarken önce ölçüm düzeni ve sıcaklık yaklaşımının tutarlılığı değerlendirilir. Ardından suyun bileşimine ilişkin açıklamalar araştırılır. Böyle bir sıralama, her yükselmeyi doğrudan yeni bir kirleticiye veya her düşmeyi doğrudan bir arıtma başarısına bağlamayı önler. Ölçüm farkıyla farkın nedenini ayırmış oluruz.

Örneğin yalnız düşünce deneyi olarak, iki ayrı su girişinin bir hatta farklı zamanlarda kullanıldığını varsayalım. İletkenlikte izlenen bir değişim, yeni suyun toplam elektriksel yanıtının farklı olmasıyla uyumlu olabilir. Fakat bu ölçüm tek başına hangi iyonun değiştiğini veya karışım oranını vermez. Böyle bir yorum için girişlerin özellikleri, zaman bilgisi ve uygun kimyasal veriler gerekir. İletkenlik burada araştırılacak değişimi fark ettirir; değişimin bütün kimyasal açıklamasını kendi başına tamamlamaz.

Tersine, iletkenliğin değişmemesi de bütün iyonların sabit kaldığını kanıtlamaz. Toplam yanıtta birbirini dengeleyen farklı değişimler bulunabilir. Bu olasılık, göstergenin yararsız olduğunu değil, onu doğru soruya bağlamak gerektiğini anlatır. Toplu elektriksel davranışın sürekliliğini izlemek istiyorsak iletkenlik doğrudan ilgili bilgidir. Belirli bir iyonun derişiminin değişip değişmediğini öğrenmek istiyorsak, o iyonu ayırt eden bilgi gerekir. Bu durumda yeni bir iletkenlik ölçümü aynı türden bir bilgi daha getirir; eksik olan iyon kimliğini kendiliğinden sağlamaz. Araştırma sorusu belirli bir bileşene yöneldiğinde, ölçüm seçimi de o bileşeni ayırabilecek biçimde değişmelidir. Bu, cihazın başarısızlığına değil, araştırılan özellik ile seçilen ölçüm arasındaki ilişkiye dayanır.

Okunabilir bir iletkenlik kaydı, sonucun birimi ve referansıyla birlikte numune sıcaklığını, ölçüm yerini ve zamanını korur. Kullanılan cihazın izlenebilir kimliği ile ilgili kontrol bilgileri gerektiğinde sonuca ulaşılmasını sağlar. EPA saha prosedürü, cihazın benzersiz tanımlayıcısının ve ölçümlerin kaydedilmesini özellikle ister. Bu bilgiler, sonradan görülen farkın araştırılabilmesi için kullanılır; bir sayı başka tabloya aktarılırken ölçümün hangi koşula ait olduğu kaybolmamalıdır.

Böylece iletkenlik sonucunu okurken önce elektriksel büyüklüğü tanımlar, sonra hücre ve sıcaklık ilişkisinin uygunluğunu sorgular, ardından kimyasal yoruma geçeriz. Bu sırayı izlemek, tek ölçüme gereğinden fazla anlam yüklemeyi önlerken onun sağladığı bilgiyi de korur. Bundan sonraki adım, toplam çözünmüş katı maddeyi hangi yöntemle tanımladığımızı incelemektir. İletkenlik ile TDS arasındaki bağ, bu iki büyüklüğün önce ayrı ayrı anlaşılmasıyla kurulabilir; birinin adı diğerinin ölçüm yönteminin yerini tutmaz.

10.2 TDS ve toplam katı maddeler

Çözünmüş maddenin ölçümdeki karşılığı

Bir bardak berrak suyun içinde, gözle seçilebilen taneler bulunmadan da ölçülebilir miktarda madde bulunabilir. Tuzlar çözündüğünde iyonlara ayrılabilir; bazı maddeler ise yüksüz moleküller halinde kalabilir. Bu nedenle çözünmüş maddeyi, küçülmüş kum tanelerinin su içinde dolaşması gibi düşünmek yanıltıcıdır. Çözünmüş durum ile çok ince parçacıkların oluşturduğu durum arasındaki sınır da her numunede gözle görülemez. Laboratuvar bu sınırı, belirli bir ayırma işlemiyle çalışılabilir hale getirir.

TDS, İngilizce total dissolved solids ifadesinin kısaltmasıdır; Türkçede toplam çözünmüş katı madde olarak kullanılır. Ancak bu ad tek başına sonucun nasıl elde edildiğini söylemez. Numunenin süzülüp kurutulmasıyla tartılan kalıntı, tek tek belirlenen bileşenlerden hesaplanan toplam ve iletkenlikten tahmin edilen değer raporda benzer bir başlık altında görünebilir. Bir sayıyı yorumlamaya başlamadan önce bu üç yolun hangisinin izlendiği anlaşılmalıdır. Çünkü her yol, suyun bileşimi hakkında farklı türde bilgi taşır.

Kurutmaya dayanan bir tanımda ölçülen şey, seçilen işlem sonunda geriye kalan kütledir. Başlangıçtaki suyun içinde bulunan bütün kimyasal türlerin değişmeden bir araya getirildiği düşünülmemelidir. Süzme, ısıtma ve tartma basamaklarının her biri sonucu tanımlamaya katılır. Böyle ölçümlere işlemsel tanım denmesinin nedeni budur: büyüklüğün adıyla birlikte uygulanan işlem de açıklanır. İşlemsel olmak ölçümü keyfî yapmaz; aynı koşulların yeniden kurulabilmesini ve sonucun sınırlarının bilinmesini sağlar.

Çözünmüş katı maddeyi yalnız mineral miktarı diye adlandırmak da kapsamı daraltabilir. Çözünmüş kesirde inorganik türlerin yanında organik bileşenler bulunabilir; bunların kuru kalıntıya katkısı ise kurutmadaki davranışlarına bağlıdır. Ayrıca çözünmüş sözcüğü her bileşenin elektrik yüklü olduğunu söylemez. Kütle bakımından katkı yapan bir bileşenin elektriksel ölçümde aynı oranda görünmesi beklenemez. Bu nedenle TDS satırı, tek tek mineral adlarını ve miktarlarını vermediği gibi, yalnız bu adların kısa bir toplamı olarak da okunmamalıdır.

Bu ayrımı görmek için analiz raporundaki TDS satırını bir son durak olarak değil, bir ölçüm zincirinin özeti olarak okumak yararlıdır. Numune alındıktan sonra hangi kısmı işleme girmiştir? Bir filtre kullanılmışsa hangi yöntem seçilmiştir? Kütle tartılmış mı, bileşenler toplanmış mı, başka bir ölçümden hesap mı yapılmıştır? Bu sorular farklı sonuçları zorla aynı sayıya indirmeyi önler. Sayının anlamı, onu üreten işlemin açıklanmasıyla tamamlanır.

Filtrenin iki yanında kalanlar

Bir süzme işleminde filtreyi geçen sıvı ile filtre üzerinde tutulan madde iki ayrı inceleme alanı oluşturur. EPA’nın tarihsel 160.1 yönteminde filtreyi geçen kısmın kurutma kalıntısı belirlenir; 160.2 yönteminde ise cam elyaf filtrede tutulan kalıntı tartılır. Bunlar aynı numunenin farklı kesirlerini hedefler. Fakat kesirlerin isimleri, maddelerin doğada hangi biçimde bulunduğunu tüm ayrıntısıyla açıklamaz. İnce parçacıkların tutulması filtreye ve uygulama koşullarına bağlı olduğundan, süzüntü sözcüğü moleküler ölçekte kusursuz bir ayrılma garantisi değildir.

Bazı su analizlerinde çözünmüş kesri ayırmak için 0,45 mikrometre gözenekli membran veya kapsül filtre kullanılır. Bu yaygın uygulamayı bütün TDS yöntemlerinin değişmez tanımı saymak doğru değildir. Örneğin burada incelenen EPA yöntemleri, kendi özellikleri belirtilmiş cam elyaf filtreleri esas alır. 160.2 yöntemi, bu filtrelerin mutlak gözenek boyutunun denetlenmiş bir membran açıklığı gibi ele alınamayacağını ayrıca belirtir. Dolayısıyla raporda yalnız bir gözenek büyüklüğü aramak yerine kullanılan yöntem ve filtre türü birlikte görülmelidir.

Filtre, kullanım boyunca aynı davranışı gösteren soyut bir elek de değildir. Numunedeki parçacıklar yüzeyde birikerek akışı ve sonraki parçacıkların tutulmasını etkileyebilir. Bu nedenle aynı başlangıç malzemesini kullanan iki süzme işlemi, filtre yükü çok farklıysa tam olarak aynı ayırmayı yapmayabilir. Hem’in su kimyası değerlendirmesi bu sorunu özellikle ince parçacıklarla ilişkilendirir. Analitik yöntemin süzme koşullarını sınırlaması, bu değişkenliği azaltmaya hizmet eder; filtre etiketi tek başına bütün işlemi tarif etmez.

Filtrenin iki tarafını anlamak, arıtma süreçlerini okurken de işe yarar. Askıdaki bir parçacığın tutulması ile çözünmüş bir iyonun uzaklaştırılması aynı işlem değildir. Bir numunenin görünür tanecikleri azaldığında filtrede tutulan kalıntı azalabilir; buna karşılık filtreyi geçen çözünmüş kesrin miktarı için ayrıca veri gerekir. Buradaki çıkarım belirli bir filtrenin performans vaadi değildir. Ölçümlerin farklı kesirleri hedeflediğini bilerek, arıtma öncesi ve sonrası raporlarda hangi satırların karşılaştırılacağını seçme yoludur.

Kuru kalıntının tartılması

Gravimetrik yöntemin temel düşüncesi basittir: bilinen hacimdeki numuneden kalan kütle ölçülür ve başlangıç hacmine oranlanır. Kabın veya filtrenin kendi kütlesi önceden bilindiği için, son tartımdan bu başlangıç değeri çıkarılır. Tartılan her şeyin numuneye ait olduğu varsayılmaz. EPA 160.1 yöntemi, filtreyi geçen sıvının bir kapta buharlaştırılıp belirlenmiş sıcaklıkta kurutulmasını bu amaçla düzenler. Burada görülen miligram/litre, cihazın iletkenliğe eklediği bir sayıdan değil, kütle farkı ile numune hacminin ilişkisinden doğar.

Bu işlemde sabit tartım koşuluna ulaşılması önemlidir. Birbirini izleyen kurutma, soğutma ve tartma basamakları arasında kütlenin yöntemce kabul edilen ölçüde kararlı hale gelmesi aranır. Sıcak bir kabın hemen tartılması ya da numunenin açıkta nem alışverişine bırakılması, amaçlanan kalıntıyı temsil etmeyen bir sonuç oluşturabilir. Bu yüzden yöntem yalnız etüv sıcaklığından ibaret değildir; soğutma ve tartımın düzeni de tanımın parçasıdır. Laboratuvarın ayrıntılı uygulaması, onayladığı yöntem ve kalite sistemi içinde yürütülür.

Yöntemin numune hacmini önemsemesi de aynı mantıktan gelir. Tartımda kalan kütlenin çok küçük olması, kütle farkının güvenilir biçimde ayrılmasını zorlaştırabilir; aşırı kalıntı yükü ise kurumanın niteliğini bozabilir. EPA 160.1, kalın kalıntı tabakasının su tutabilmesini bir girişim olarak açıklar. Bunun sonucu, her su için aynı hacmin seçilmesinin zorunlu olmamasıdır. Yöntemin uygun çalışma koşulları, suyun beklenen madde yüküyle birlikte ele alınır; yalnız terazinin basamak sayısı ölçümün bütün yeterliliğini belirlemez.

Tarihsel EPA 160.1 örneğinde filtrelenmiş kalıntı 180 °C’de kurutulur. Askıda kalıntı için 160.2’de, toplam kalıntı için 160.3’te ise 103–105 °C kullanılır. Bu sıcaklıklar belirli yöntemlerin koşullarıdır; farklı bir rapordaki TDS başlığından aynı işlemin uygulandığı çıkarılamaz. Burada eski EPA metinlerine başvurulmasının amacı, yöntemin sonucu nasıl tanımladığını somutlaştırmaktır. Bunlar güncel Türkiye mevzuatının yerine konmamakta, bütün laboratuvarlara tek bir kurutma yöntemi dayatan kurallar olarak sunulmamaktadır.

Kurutma sırasında değişen bileşim

Suyun uzaklaşması, çözünmüş türlerin değişmeden masada kalması anlamına gelmez. Bikarbonat içeren bir numunede kurutma sırasında karbonat oluşabilir; karbondioksit ve su kaybı gerçekleşebilir. Bu yüzden başlangıçtaki bikarbonat iyonunun bütün kütlesi, aynı kimyasal kimlikle kuru kalıntıda bulunmaz. Kuru kalıntı sonucunu başlangıçtaki bütün iyon kütlelerinin doğrudan toplamına eşitlemenin güçlüğü buradan anlaşılabilir. Hem bu kimyasal dönüşümü, çözünmüş madde analizlerinin yorumlanmasında özellikle ele alır; EPA yöntemi de bikarbonatın dönüşümünü yöntem koşulları içinde belirtir.

Öte yandan bazı kalıntılar suyu kolay bırakmaz; bazıları da soğuduktan sonra ortamdan nem çekebilir. Kalsiyum, magnezyum, klorür ve sülfatça zengin belirli kalıntılarda bu davranış, kurutma ve tartmayı zorlaştırabilir. Kalıntıda kalan su kütleyi artırırken, ısıtma sırasında uçan veya parçalanan bileşenler onu azaltabilir. Bu etkilerin yönleri aynı olmadığı için tek bir düzeltme cümlesiyle ortadan kaldırılamazlar. Sonuç, kullanılan yöntemin bu etkilerle nasıl başa çıktığı dikkate alınarak değerlendirilir.

Buradan iki ayrı ders çıkar. Birincisi, kuru kalıntı ölçümünün anlamsız olduğu söylenemez: yöntemi tanımlı bir büyüklük, karşılaştırma ve izleme için değerli olabilir. İkincisi, bu büyüklüğe başlangıç suyundaki bütün moleküllerin eksiksiz envanteri gibi davranılamaz. Ölçümün yararı ile kimyasal kapsamı ayrı sorulardır. Aynı yöntemi sürekli kullanan bir izleme dizisi, zaman içindeki değişimi gösterebilir; o değişimin hangi bileşenden kaynaklandığını açıklamak için ise bileşenlere ilişkin ek analizler gerekebilir.

İki laboratuvarın aynı numunede farklı çözünmüş madde sonuçları vermesi bu nedenle hemen birinin yanlış çalıştığını kanıtlamaz. Önce hedeflenen büyüklük ve yöntem eşleştirilmelidir. Bir laboratuvar kuru kalıntı tartmış, diğeri bileşenlerden toplam hesaplamış olabilir; iki gravimetrik çalışma da farklı kurutma koşulları kullanmış olabilir. Yöntemler gerçekten karşılaştırılabilir hale geldikten sonra fark, numune ve analiz belirsizliği açısından incelenir. Tartışmayı yalnız sonuç sütunundaki iki sayıyla başlatmak, anlaşmazlığın gerçek nedenini gizleyebilir.

Toplam, askıda, çökebilir ve uçucu kesirler

Toplam katı madde ölçümünde amaç, iyi karıştırılmış ve süzülmemiş numunede kurutma sonunda kalan kalıntıyı belirlemektir. Askıdaki madde ile filtreyi geçen madde böylece aynı başlangıç örneğinde yer alır. Ancak toplam sözcüğü, sudaki bütün kimyasal varlıkların kayıpsız sayıldığı anlamına burada da gelmez; yine kurutma koşulları vardır. EPA 160.3 yöntemi bu ayrımı açıkça gösterir. Askıdaki parçacıklar çökmüşken yalnız üstteki sıvının alınması, amaçlanan toplamı temsil etmeyen bir alt numune oluşturabilir.

Askıda katı madde sonucunda ise hedef, seçilmiş filtrede kalan kalıntıdır. Bu kalıntının içinde yalnız parçacıklar değil, iyi uzaklaştırılmamış çözünmüş tuzlar da kalırsa sonuç etkilenebilir. EPA 160.2, özellikle yüksek çözünmüş madde içeren numunelerde yıkama işleminin önemini bu nedenle vurgular. Filtrede görünür bir tortu bulunması tartılan kütlenin bütünüyle askıda maddeye ait olduğunu tek başına doğrulamaz. Filtre hazırlığı, yıkama ve kurutma aynı ölçüm zincirinin birbirine bağlı basamaklarıdır.

Çökebilir madde ise başka bir soruya karşılık gelir: belirtilen çökelme koşullarında numunenin ne kadarı dibe ayrılmaktadır? EPA 160.5’in Imhoff konisiyle yaptığı belirleme hacimsel bir yaklaşımdır. Konide biriken tortunun hacmi ile filtre üzerinde tutulan maddenin kütlesi birbirinin yerine kullanılamaz; aradaki ilişki tortunun yapısını ve su içeriğini de gerektirir. Üstelik yüzen bir parça, çökebilir kısma katılmazken askıda kalıntı belirlemesine girebilir. Aynı numune için farklı adlarla bildirilen sonuçların farklı fiziksel sorular sorması mümkündür.

Uçucu katı madde terimi de askıda veya çözünmüş ayrımının başka bir adı değildir. Burada daha önce elde edilmiş kalıntının, tanımlanmış yüksek sıcaklıkta işlem gördüğünde kaybettiği kütle ele alınır. EPA 160.4’teki 550 °C koşulu bu işlemin tarihsel bir örneğidir. Organik madde hakkında yaklaşık bilgi sağlayabilse de kaybın tamamını organik karbon saymak doğru olmaz. Bağlı su kaybı, mineral dönüşümleri, önceden uçmuş maddeler ve tamamlanmamış yükseltgenme sonucu etkileyebilir. Ölçümün adı, kimyasal seçicilik garantisi taşımaz.

Terimler farklı numune kesirlerini veya farklı işlemleri anlatır. Sıcaklık, filtre ve raporlama birimi kullanılan yöntemden okunmalıdır.

Bileşenlerden hesaplanan toplam

Bir başka yol, suda belirlenen başlıca bileşenleri ayrı ayrı analiz ederek bunlardan bir toplam hesaplamaktır. Bu yaklaşım terazide kuru kalıntı tartmakla aynı işlem değildir. Toplama hangi bileşenlerin katıldığı, hangi kimyasal biçimlerin esas alındığı ve birim dönüşümlerinin nasıl yapıldığı belirtilmelidir. Hem, hesaplanan toplamın anlamlı olabilmesi için yeterince kapsamlı bir analiz gerektiğini vurgular. Yalnız birkaç iyonun bulunduğu kısa bir analiz listesini toplamak, eksik bileşenler önemliyse toplam çözünmüş maddeyi temsil etmeyebilir.

Bikarbonat örneği bu yöntemde yeniden karşımıza çıkar. Hesaplanan değerin kuru kalıntıyla karşılaştırılması amaçlanıyorsa, kurutmada oluşan dönüşüme uygun bir hesap temeli gerekebilir. Başlangıç suyundaki bikarbonat kütlesini olduğu gibi eklemek ile karbonat karşılığını kullanmak aynı toplamı vermez. Burada aritmetik işlemin doğruluğu tek başına yeterli değildir; aritmetiğin hangi büyüklüğü temsil ettiği de bilinmelidir. Analiz raporunda birbirine yakın görünen iki toplam, aslında farklı hesap kurallarını izliyor olabilir.

USGS’nin Yuma çevresindeki izleme çalışması, bu ayrımın uygulamada neden kayda geçirildiğini gösterir. Araştırmada çözünmüş madde, belirli bileşenlerin toplamından hesaplanmış; kurumlar arasındaki veri karşılaştırmasını korumak için hangi hesap yönteminin kullanıldığı açıklanmıştır. USGS ile Bureau of Reclamation hesaplarında bazı bileşenlere uygulanan dönüşüm katsayıları aynı değildir. Çalışmanın iletkenlik modelleri de bu tanımlı hesap toplamını hedefler. Dolayısıyla rapordaki ilişkiyi, bütün numunelerde doğrudan tartılmış kuru kalıntıya ait bir eşitlikmiş gibi aktarmak yanlış olur.

Hesaplanan toplamın güçlü yanı, toplamın arkasındaki bileşenlerin de görülebilmesidir. Ancak bu avantaj, analiz listesinin kapsamı ve her bileşenin ölçüm niteliğiyle sınırlıdır. Aynı maddeyi iki farklı raporlama başlığından iki kez eklemek veya aynı birimde görünmeyen sonuçları doğrudan toplamak, anlamı olmayan bir toplam üretir. 9. bölümdeki raporlama temeli ayrımı burada uygulanır. İyonların ayrı ayrı okunması 10.4 numaralı alt bölümde ele alınacaktır; bu aşamada korunması gereken ilke, toplamın hangi parçalardan ve hangi kuralla oluştuğunun açık olmasıdır.

Bir sonucu karşılaştırılabilir hale getirmek

Toplam katı maddeyi çözünmüş ve askıda kesirlerin toplamı olarak düşünmek yararlı bir başlangıçtır. Fakat ayrı yöntemlerle elde edilmiş sayıları yan yana getirip kusursuz bir aritmetik eşitlik beklemek için koşulların uyumu gerekir. Numunelerin aynı suyu temsil etmesi, ayırmanın uygunluğu ve kurutma işlemlerinin hedefleri önemlidir. Örneğin farklı sıcaklıklarda tanımlanan kalıntılar, aynı kimyasal türleri aynı biçimde korumayabilir. Bu yüzden toplam eşitliği, yöntem ayrıntılarından bağımsız bir doğruluk sınaması olarak uygulanmaz.

Bir izleme dosyasında yöntem değişikliği olduğunda, yeni sayıların eski diziye nasıl bağlanacağı ayrıca düşünülmelidir. Aynı dönemde alınmış uygun numunelerde iki yöntemin birlikte uygulanması, aradaki farkın görülmesini sağlayabilir. Böyle bir karşılaştırma yapılmadan başlayan sıçramayı bütünüyle su kaynağındaki değişime bağlamak aceleci olur. Yöntem adı ve değişim tarihi bu nedenle veri tabanında korunmalıdır. Bu öneri, yöntemlerin farklı büyüklükler tanımlayabilmesinden çıkan bir kayıt ilkesidir; her durumda tek bir dönüştürme katsayısı bulunabileceği vaadi değildir.

Öğretici bir rapor okuma durumunda, bir belgede yalnız TDS, diğerinde filtrelenmiş numunede 180 °C kuru kalıntı yazdığını düşünelim. İkinci başlık işlemi daha açık tarif eder; ilk başlığa ise yöntem bilgisi istenmeden aynı anlam verilemez. Bu, ilk laboratuvarın sonucunun yanlış olduğu sonucuna götürmez. Yapılabilecek sağlam iş, eksik tanımı tamamlamaktır. Sonrasında numune koşulları ve sonuçlar karşılaştırılır. Raporun ayrıntısı, tek bir rakamın daha çok basamakla yazılmasından farklı bir açıklık sağlar.

Böylece TDS satırının yanında üç ayrı bilgi katmanı görünür hale gelir: numunenin hangi kesrinin ele alındığı, bu kesre hangi ölçüm veya hesap işleminin uygulandığı ve sonucun hangi amaçla karşılaştırıldığı. İlk ikisi olmadan üçüncüsü sağlam kurulamaz. Bu bölümde tanımlanan kuru kalıntı ve bileşen toplamı yolları, iletkenlik cihazlarının gösterdiği TDS değerini anlamak için de gereklidir. Aynı birimin ekranda görünmesi, o ekranda aynı laboratuvar işleminin gerçekleştiğini göstermez.

10.3 İletkenlikten TDS tahmininin sınırları

Ekrandaki ikinci sayı nasıl oluşur?

Bir cihazda iletkenlik ve TDS değerlerinin art arda görünmesi, iki bağımsız analiz yapıldığı izlenimini verebilir. İletkenlikten hesap yapan bir ölçerde ikinci sayı, ilk ölçümün seçilmiş bir dönüşüm ilişkisine sokulmasıyla oluşur. Cihaz numuneyi buharlaştırıp kalan maddeyi tartmaz; suyun bileşenlerini tek tek ayırıp toplamaz. İletkenlik ile çözünmüş madde arasındaki ilişkiyi kullanarak bir tahmin sunar. Böyle bir tahmin, ilişki uygun biçimde tanımlanmışsa yararlı olabilir; anlamı, gösterildiği ekran etiketinden çok hesabın dayanağına bağlıdır.

En basit ilişki, belirli bir referans sıcaklığa ait iletkenliği sabit bir katsayıyla çarpmaktır. Simgelerle bu düşünce TDS tahmini = k × EC olarak yazılabilir. EC hangi birimle ve hangi sıcaklık temeliyle kullanılıyorsa k da ona göre tanımlanmalıdır. Burada EC’yi 25 °C’ye ait µS/cm, sonucu mg/L olarak ele alacağız. Böylece katsayının birimi (mg/L)/(µS/cm) olur. Sayısal olarak küçük ve yalın görünmesi, katsayının birimlerden bağımsız evrensel bir sabit olduğu anlamına gelmez.

Bu eşitlikte iki farklı karar yer alır. Önce cihazın iletkenlik sonucu güvenilir olmalıdır; sonra seçilen katsayının o su ve amaç için uygunluğu değerlendirilir. İletkenlik ölçümünün doğru çıkması, ikinci kararı kendiliğinden doğrulamaz. Tersine, bir laboratuvar sonucuna yaklaştırılan katsayı da hatalı iletkenlik ölçümünü düzeltme yöntemi sayılmaz. Ölçüm ile dönüşüm ayrı basamaklar olarak görülürse, bir uyuşmazlığın cihazdan mı, numuneden mi, modelden mi kaynaklandığını araştırmak kolaylaşır. Önceki alt bölümde kurulan ölçüm ilkesi burada bu ayrımı destekler.

Bir cihazın kullanım kaydında yalnız TDS sonucu tutulursa, bu iki basamağı sonradan ayırmak güçleşir. Aynı hesaplanan sonuç farklı iletkenlik ve katsayı birleşimlerinden doğabilir. Bu nedenle mümkün olduğunda iletkenliğin kendisi, sıcaklık temeli, kullanılan katsayı ve tahmin sonucu birlikte saklanır. Bu kayıt sayesinde ayar değişikliğinin veri dizisini nasıl etkilediği incelenebilir. Yeni bir katsayı seçildiğinde geçmiş ölçümler de, uygun ham veri varsa, açık bir sürüm bilgisiyle yeniden hesaplanabilir; eski sonuçların kaynağı kaybolmaz.

Katsayı neden suya bağlıdır?

İletkenliğin ve kuru kalıntının aynı soruya cevap vermemesi, tek katsayının neden bütün sulara uygulanamadığını açıklar. İletkenlik, çözeltideki elektrik yükünün taşınmasıyla ilişkilidir; kuru kalıntı ise tanımlı işlem sonunda kalan kütleyle ilgilenir. Farklı iyonların ve bileşenlerin bu iki sonuca katkıları aynı oranı izlemek zorunda değildir. Bu yüzden bir kaynak için işe yarayan kütle/iletkenlik ilişkisi başka bir bileşime doğrudan taşınamaz. Ölçülen toplam sinyal, onu oluşturan bileşenlerin kimliğini tek başına çözmez.

Hem, doğal suların analizlerini değerlendirirken iletkenlik ile çözünmüş madde arasındaki oranın iyon bileşimine göre değiştiğini gösterir. Bikarbonat ve klorürün baskın olduğu sular ile sülfatın ağırlık kazandığı sular aynı ilişkiyi vermeyebilir; silis katkısı da kütleyle elektriksel yanıt arasındaki ilişkiyi etkileyebilir. Buradaki önemli bilgi, belirli bir oranı ezberlemek değildir. Bileşimin toplam kütleyi ve iletkenliği farklı biçimde belirlediğini görmektir. Kaynağın açıklaması, bilinmeyen bütün sular için tek bir hazır katsayı çıkarmaya elvermez.

Aynı kaynaktan alınan numunelerde bile ilişkinin geçerli aralığı önemlidir. Çok seyreltik bir su ile yüksek çözünmüş madde içeren bir suyu, arada hiçbir değişiklik yokmuş gibi aynı doğrusal modelin iki ucu saymak güvenilir değildir. Hem, çözünmüş türlerin bilinmediği çok seyreltik ve yüksek derişimli sularda ilişkinin daha güç tanımlandığını belirtir. Dolayısıyla uygunluk yalnız suyun adından anlaşılmaz. Modelin hangi bileşimler ve hangi ölçüm aralığında sınandığı da kaydedilmelidir; aralığın dışında kullanılan sayı ayrı bir varsayım taşır.

Bu ilişki bir ters problem de doğurur. Tek bir iletkenlik sayısından çok sayıda bileşenin ayrı derişimlerini çıkarmaya çalışırsak, elimizde bilinmeyenlerin sayısını karşılayacak bilgi bulunmaz. Farklı bileşimlerin benzer toplam elektriksel yanıt vermesi mümkündür; bunlara aynı katsayı uygulandığında ekran da benzer TDS gösterir. Bu, bileşimlerin eşit olduğunu kanıtlamaz. Katsayı, ölçülmeyen iyonları tek tek görünür hale getiren bir araç değildir. 10.4 numaralı alt bölümdeki iyon okumaları, toplam göstergenin bıraktığı bu bilgi boşluğunu ele alır.

Aynı iletkenlik, iki farklı gösterim

Ayarın etkisini sudaki değişimden ayırmak için açık bir varsayımsal örnek kuralım. İki hesap ekranına aynı iletkenlik sonucu girilsin; yalnız dönüşüm katsayıları farklı seçilsin. Bu, iki farklı gerçek suyu modelleyen bir kimyasal deney değildir. Aynı girdinin iki hesap kuralıyla neye dönüştüğünü gösteren matematiksel karşılaştırmadır. Böyle kurulduğunda sonuç farkının nedeni bellidir: suyun madde içeriği hakkında yeni bir ölçüm yapılmamış, var olan iletkenlik sayısı başka bir katsayıyla çarpılmıştır.

Örnek hesap 10 — Katsayı değişince TDS göstergesi

Bütün sayılar öğretim için seçilmiş varsayımsal değerlerdir. Gerçek saha numunesi, cihaz markası veya bir suyun gerçek iyon bileşimi temsil edilmez.

İki hesap için aynı girdi: EC₂₅ = 600 µS/cm.

A hesabı: kA = 0,50 (mg/L)/(µS/cm).

B hesabı: kB = 0,70 (mg/L)/(µS/cm).

EC₂₅, 25 °C referansına ait aynı iletkenlik değeri kabul edilir. Yalnız TDS = k × EC bağıntısı kullanılır; sabit terim yoktur. Girdiler aritmetik örnek içinde kesin alınır. Gerçek ölçüm belirsizliği, numune bileşimi ve cihazın sıcaklık düzeltmesinin hatası modellenmez.

A katsayısı kullanıldığında:

$\text{TDSA = 0,50 × 600 = 300 mg/L}$

B katsayısı kullanıldığında:

$\text{TDSB = 0,70 × 600 = 420 mg/L}$

Gösterimler arasındaki fark:

$\text{420 − 300 = 120 mg/L}$

B gösteriminin A gösterimine göre oranı:

$\text{TDSB / TDSA = }\frac{\text{420 mg/L}}{\text{300 mg/L}}\text{ = 1,40}$

B gösterimi A’dan %40 yüksektir. Bu fark, seçilen iki katsayının oranından doğar. Aynı EC girdisi korunmuştur; iki farklı gösterim, suya madde eklendiği veya maddelerin uzaklaştırıldığı anlamına gelmez.

Bu örnek hangi katsayının bir gerçek su için doğru olduğunu belirlemez. 300 ve 420 mg/L değerlerinden hiçbiri bağımsız gravimetrik ölçüm değildir. Sayılar sağlık sınıfı, arıtma performansı veya cihaz doğruluğu karşılaştırması olarak kullanılamaz.

Sayısal girdiler, hesap ve öğretici düzen özgündür.

Hangi katsayının gerçek numunenin kuru kalıntısına daha yakın olduğunu belirlemek için uygun referans ölçümü ve değişen koşullardaki karşılaştırmalar gerekir. Bu nedenle TDS kaydında EC girdisi, referans sıcaklığı ve kullanılan katsayı birlikte gösterilir.

Şekil 27, aynı iki hesabı öğretici bir iletkenlik aralığında gösterir. Eğim kullanılan katsayıdır; aynı EC değerindeki düşey fark iki tahmini ayırır. Çizgiler ölçümlere uydurulmuş olmadığından yerel geçerlilik kanıtı değil, hesap kurallarının gösterimidir.

Yerel ilişkiyi numunelerle kurmak

Bir su kaynağı için daha savunulabilir bir tahmin geliştirmek, hazır bir katsayıyı beğenmekle başlamaz. Önce neyin tahmin edileceği tanımlanır: belirli bir yöntemle kuru kalıntı mı, yoksa belirli bileşenlerden hesaplanan toplam mı? Sonra iletkenlik değerleriyle bu hedefin bağımsız sonuçları eşleştirilir. Numunelerin zaman ve yer bakımından aynı suyu temsil etmesi gerekir. Akarsuyun bir kesimindeki sensör ile başka koşullarda alınmış bir numunenin eşleştirilmesi, yöntem kusursuz olsa bile ilişkinin içine temsil hatası taşıyabilir.

USGS’nin Yuma çalışmasında sürekli ölçümler, belirli tarihlerde alınan su numuneleriyle birlikte değerlendirilmiştir. Çalışma, farklı akım ve mevsim koşullarını kapsayan numuneler toplamış; sensör konumunun akarsu kesitini temsil edip etmediğini de incelemiştir. Bu düzenin burada alınacak dersi, yalnız çok sayıda sayı biriktirmek değildir. Modelin uygulanacağı değişkenliği örneklemek ve aynı olguyu temsil eden verileri eşleştirmek gerekir. Bir noktadaki elektriksel ölçüm ile laboratuvara gönderilen suyun ilişkisi kurulmadan, modelin kimyasal anlamı da eksik kalır.

Bu çalışmanın hedefi, önceki alt bölümde açıklandığı gibi, tanımlı bileşen toplamıdır. Böyle bir hedef için geliştirilen modelin adı ve veri tabanı buna göre tutulmalıdır. Başka bir işletme kuru kalıntıyı tahmin etmek istiyorsa kendi hedef yöntemine ait karşılaştırma sonuçlarını kullanır. İki yaklaşım birbiri hakkında bilgi verebilir; fakat modelin hedefini değiştirmek yalnız sütun başlığını değiştirmek değildir. Numune çiftlerinin ve doğrulamanın hangi sonucu temsil ettiği korunmalıdır; böylece tahmin edilen büyüklük çalışma boyunca sessizce değişmez.

Bağımsız laboratuvar sonuçlarının kendi niteliği de incelenir. Yuma araştırmasında saha körleri olası kirlenmenin, tekrar numuneleri ise değişkenliğin değerlendirilmesi için kullanılmıştır. Bu yaklaşım, modele karşılaştırma değeri diye verilen sayının hatasız ve koşulsuz bir gerçek sayı sayılamayacağını hatırlatır. Sensör ve laboratuvar tarafındaki belirsizlikler, eşleşmenin temsiliyle birlikte düşünülmelidir. Model, düşük nitelikli karşılaştırma verisini yalnız düzgün bir denklem yazarak iyileştiremez; veri kalitesi modelden önce kurulması gereken bir dayanaktır.

En basit inceleme, eşleşmiş her sonuç için hedef toplamın EC’ye oranına bakmaktır. Oranlar dar bir aralıkta ve beklenen koşullarda tutarlıysa sabit katsayı düşünülebilir. Ancak oranların EC ile ya da mevsimle düzenli değişmesi daha farklı bir ilişkinin gerekebileceğine işaret eder. Bazı durumlarda sabit terimli bir doğrusal model, yani TDS tahmini = a + b × EC biçimi incelenir. Buradaki a ve b veriden belirlenir; denkleme daha çok terim eklenmesi tek başına daha iyi tahmin garantisi değildir.

Sabit terimin bulunması, oran yorumunu da değiştirir. TDS = a + b × EC denkleminde EC sıfırdan farklıyken iki tarafı EC’ye bölersek TDS/EC oranı a/EC + b olur. Dolayısıyla TDS ile EC arasında doğrusal bir ilişki bulunsa bile, a sıfır değilse oran sabit kalmaz. Veriyi zorunlu olarak başlangıç noktasından geçen bir doğruya oturtmak, bu ayrımı gözden kaçırabilir. Bu matematiksel gözlem, katsayının numuneler arasında değişmesini tek başına ölçüm hatası olarak etiketlememek için yararlıdır.

Uyumla tahmin hatasını ayırmak

Bir model raporunda yüksek R² görmek çekicidir. Bu ölçüt, modelin verideki değişkenliği ne ölçüde açıkladığıyla ilgilidir; her bir tahminin laboratuvar sonucuna kabul edilebilir yakınlıkta olduğunu tek başına söylemez. Modelin hata büyüklüğü mg/L gibi sonuç birimiyle ayrıca incelenmelidir. Yuma raporu, açıklayıcı değişken sayısını da hesaba katan düzeltilmiş R²’nin yanında hata ölçütlerini, artıkların davranışını ve tahmin aralıklarını da değerlendirir. Tek bir başarı sayısı, modelin kullanılacağı kararın gerektirdiği hata düzeyinin yerine geçmez.

Basit bir matematiksel düşünce deneyi bu ayrımı açar. Varsayımsal olarak, tahminlerin her numunede karşılaştırma sonucundan aynı miktar yüksek olduğunu kabul edelim. İki dizi birlikte çok düzenli değişebilir; buna rağmen aralarında sistematik fark vardır. Benzer biçimde bir uçta yakın, diğer uçta sürekli uzaklaşan tahminler de üretilebilir. Bunlar gerçek saha verisi değildir; yalnız sıralı birlikte değişimin, bire bir yakınlıkla aynı şey olmadığını gösterir. Bu nedenle gözlenen ve tahmin edilen değerler kadar aralarındaki fark da okunur.

Artık denilen farklar, karşılaştırma sonucu ile model tahmini arasındaki ayrımı görünür kılar. Bu farkların EC yükseldikçe aynı yönde büyümesi, düşük ve yüksek aralıkta modelin farklı davrandığını gösterebilir. Mevsime göre kümelenmeleri ise modelde temsil edilmeyen koşulları araştırmaya yöneltir. Yuma çalışmasında artıkların tahmin değerleri, mevsimler ve yıllar bakımından incelenmesi bu yüzden önemlidir. Amaç yalnız denklem kurmak değil, denklemin hangi durumlarda kullanıcısını yanıltabileceğini veri içinde aramaktır; bütün farkları tek ortalamaya sıkıştırmak bunu gizleyebilir.

Modeli kurmakta kullanılan numunelerde iyi görünmesi, yeni numunelerde aynı başarıyı göstereceğini kesinleştirmez. Çapraz doğrulama bu soruyu ele alan yollardan biridir; Yuma çalışmasında gözlemlerin sırayla dışarıda bırakılmasına dayanan değerlendirme kullanılmıştır. Uygulamada modelden sonra alınan yeni uygun karşılaştırma numuneleri de ilişkiyi izlemeye yardım eder. Ne kadar veri gerektiği ise değişkenliğe, hedeflenen kullanıma ve kabul edilen hataya bağlıdır. Bütün sular için geçerli tek bir numune sayısını bu kaynaktan çıkarmak mümkün değildir.

Bir tahmin aralığının sunulması, tek sayının çevresindeki belirsizliği görünür kılmanın bir yoludur. Ancak aralığın modelin kapsadığı koşullar için hesaplandığı unutulmamalıdır. Yeni bileşim veya daha önce örneklenmemiş bir işletme durumu, geçmişteki hata dağılımını temsil etmeyebilir. Bu nedenle aralık, model dışına çıkışı her koşulda örten bir koruma bandı değildir. Yuma raporundaki tahmin aralıklarını burada sayısal olarak başka kaynaklara taşımıyoruz; yaklaşımın değeri, tahminin belirsizlikle birlikte verilmesi ve bu belirsizliğin hangi veri düzenine dayandığının açıklanmasıdır.

Özgün değerlendirme tablosu. Sorular bir yönteme uygunluk belgesi yerine geçmez; yerel tahminin neye dayandığını görünür kılar.

Kullanım aralığı değiştiğinde

Bir modelin doğrulandığı kaynak değiştiğinde, yalnız EC aralığının eskisine benzemesi yeterli olmayabilir. Örneğin yeni bir su kaynağı mevcut akıma karışırsa, toplam iletkenlik aynı düzeyde kalırken bileşenlerin katkısı değişebilir. Bu ifade belirli bir karışımın sayısal sonucu değildir; bileşime bağlı katsayının doğal sonucudur. Böyle bir değişim olduğunda modelin geçmişteki başarısı korunmuş varsayılmaz. Yeni koşullarda eşleşmiş sonuçlarla ilişki yeniden gözden geçirilir; kaynak ve işletme kayıtları bu değerlendirmeyi yönlendirir.

Denklemin ölçülmüş aralığın dışına uzatılması da ayrı bir adımdır. Sabit terimli doğrusal bir model, çok düşük EC değerlerine uzatıldığında fiziksel anlamı olmayan bir tahmin bile üretebilir. Böyle bir sonuçla karşılaşıldığında yalnız negatif sayıyı sıfıra çevirmek, modelin o bölgede doğrulandığı anlamına gelmez. Sorun gösterimin görünüşünden önce geçerlilik alanıdır. Bu değerlendirme doğrusal denklemin matematiğinden çıkar; Yuma’daki gerçek denklemlerin bilinmeyen bütün sulara uygulanmasını haklı göstermez.

İzleme sırasında katsayının yeniden belirlenmesi gerekirse, eski ve yeni hesaplar arasındaki geçiş görünür tutulmalıdır. Aksi halde yazılım güncellemesiyle oluşan bir fark, suyun zaman içindeki değişimi olarak okunabilir. Ham EC verisini saklamanın değeri burada ortaya çıkar: aynı ölçümlerin farklı model sürümleriyle nasıl sonuç verdiği sonradan incelenebilir. Bu işlem geçmiş veriyi sessizce değiştirmek değildir. Modelin tarihi, dayandığı numuneler ve uygulandığı dönemle birlikte yeni bir hesap sürümü oluşturulur.

Değerlendirmede iki ayrı belirsizlik kaynağını ayırmak yararlıdır. Biri EC ölçümünün ve karşılaştırma analizinin ölçüm belirsizliği; diğeri bunlar arasındaki ilişkinin numuneden numuneye değişmesidir. Daha çok basamak gösteren bir cihaz, ikinci değişkenliği ortadan kaldırmaz. Tahmin aralığı veya hata özeti bu nedenle yalnız ekran çözünürlüğünden çıkarılamaz. Yerel veride gözlenen saçılma ve modelin koşulları hesaba katılır. Sonucun hassas görünen yazımı ile gerçekten desteklenen tahmin hassasiyeti böylece birbirinden ayrılır.

Tahmini sonuç olarak raporlamak

İyi bir kayıt, okuyucunun sonucu yeniden adlandırmasına ihtiyaç bırakmaz. İletkenlikten hesaplanan bir değer için, kullanılan EC’nin sıcaklık temeli, katsayı veya denklem ve sonucun tahmin olduğu belirtilir. Laboratuvarda kuru kalıntı ölçüldüğünde ise o yöntemin adı korunur. Bileşen toplamı söz konusuysa hesap kuralı açıklanır. Bu ayrıntılar aynı birimle gösterilen sonuçları birbirinden ayırır. Böylece bir cihaz ekranı ile laboratuvar raporu karşılaştırılırken önce hangi büyüklüklerin karşılaştırıldığı anlaşılır; tartışma doğrudan rakam farkına sıkışmaz.

Örnek hesap kaydı, 600 µS/cm EC₂₅ girdisine 0,50 katsayısı uygulanarak 300 mg/L tahmin edildiğini belirtmelidir. Buradaki katsayı öğretim amacıyla seçilmiştir; gerçek bir kaynakta kullanılması, o kaynak için doğrulama gerektirir.

Bir tahminin pratik değeri, her durumda laboratuvarın yerini almasında aranmaz. Kaynak için doğrulanmış ve düzenli gözden geçirilen bir ilişki, sık ölçülen EC verilerinden daha seyrek belirlenen bir büyüklüğün değişimini izlemeye yardımcı olabilir. Yuma çalışmasının sürekli sensörlerle ayrık numuneleri bir araya getirmesi bu yaklaşımın gerçek bir örneğidir. Değer, ölçüm sıklığı ile kimyasal doğrulamayı birleştirmesindedir. Bu yararı korumak için modelin hedefi, geçerli koşulları ve hatası sonuçla birlikte taşınmalıdır; tahmin kendi dayanaklarından koparılmamalıdır.

Böyle bakıldığında iletkenlik ve TDS birbirine rakip iki sayı değildir; birbirine bağlanabilen, fakat farklı işlemleri temsil eden bilgi türleridir. İletkenlik hızlı izleme sağlar, kuru kalıntı belirli işlemde kalan kütleyi bildirir, bileşen analizleri ise toplamın yapısını açar. Hangi bilginin gerekli olduğu sorulan soruya bağlıdır. Sonraki alt bölümde iyonları ayrı ayrı okumaya geçerken bu ayrım korunacaktır: toplam miktar hakkında bilgi edinmek ile toplamı oluşturan maddelerin kimliğini bilmek aynı analitik başarı değildir.

10.4 Başlıca iyonlar, tuzluluk ve iyon dengesi

Toplam değerin içindeki bileşimi görmek

İletkenlikten sonra iyon listesine geçmek, aynı suya başka bir soru sormaktır. İlk ölçüm elektriksel yanıtı bir sayıyla anlatırken iyon analizi bu yanıta hangi bileşenlerin katıldığını ayırmaya çalışır. Kalsiyum, magnezyum, sodyum ve potasyumun karşısında bikarbonat, klorür, sülfat gibi anyonlar yer alabilir. Bu adlar birlikte okunduğunda yalnız toplam miktar hakkında değil, suyun bileşimi hakkında da konuşabiliriz. Ancak listeyi okumak, listedeki her satırın aynı tür bilgiyi taşıdığını varsayarak başlamamalıdır.

Çözünmüş bileşenlerin önemli bir bölümü elektrik yüklü türler hâlindedir; bütün çözünmüş maddeler aynı biçimde yük taşımaz. Örneğin silis, analizde çoğu zaman SiO₂ karşılığıyla bildirilse de sudaki türü bu yazımdan doğrudan anlaşılamaz ve nötr biçimlerde bulunabilir. Dolayısıyla bir rapordaki her mg/L değerini iletkenliğe eşit katkı yapan bir miktar gibi toplamak doğru değildir. Kimyasal analizde kullanılan bildirim dili ile çözeltide gerçekten bulunan türlerin dili arasında açıklanması gereken bir ilişki vardır.

Benzer bir ayrım element adıyla verilen sonuçlarda görülür. Bir raporun kalsiyum satırı, ölçümün kapsadığı kalsiyum miktarını bildirir; o kalsiyumun hangi karşı iyonla birlikte suya girdiğini tek başına söylemez. Sülfat ve klorürün de ölçülmesi, bütün kalsiyumun başlangıçta hangi tuzdan geldiğini kendiliğinden çözmez. İyonlar çözeltide birbirlerinden bağımsız hareket edebilir, ayrıca bazıları eşleşme veya kompleksleşme ilişkilerine katılabilir. Laboratuvar tablosundan geçmişin tek bir tuz reçetesini geri kurmaya çalışmak bu nedenle gereğinden güçlü bir çıkarımdır.

Başlıca iyonlar denildiğinde amaç, her su için değişmez ve eksiksiz bir sekizli ilan etmek değildir. Yaygın doğal sularda miktar ve yük bilançosuna güçlü katkı yapan bileşenleri öne çıkarmaktır. Özel bir jeolojik ortamda veya etkilenmiş bir suda başka türler de önemli olabilir. Az miktarda bulunan bir bileşenin belirli bir kullanım açısından ayrıca araştırılması gerekebilir. Ana iyon listesinin iyi tamamlanmış olmasıyla, araştırılabilecek bütün maddelerin incelenmiş olması farklı kapsamlar taşır.

Tuzluluk, yalnız sofra tuzunun adı değildir

Gündelik konuşmada tuz sözcüğü çoğu zaman sodyum klorürü çağrıştırır. Su kimyasında çözünmüş tuzlar daha geniş bir bileşen topluluğunu kapsar. Kalsiyum, magnezyum, sodyum ve potasyumun çeşitli anyonlarla birlikte bulunduğu sular, birbirinden farklı iyon dağılımlarına sahip olabilir. Bu yüzden tuzluluk ifadesi kullanıldığında hangi tanımın ve hangi ölçümün esas alındığı açıklanmalıdır. Bir iletkenlik sonucunun yanına yalnız “tuz miktarı” yazmak, ölçüm ile bileşim arasındaki bütün ayrımları ortadan kaldırmaz.

Bir suyun kalsiyum–bikarbonatlı veya sodyum–klorürlü diye tanımlanması da baskın iyon örüntüsünü anlatan bir kısaltmadır. Bu adlandırma, suda bütün iyonların yalnız iki bileşikten oluştuğunu ya da kalsiyumla bikarbonatın daima birbirine bağlı dolaştığını söylemez. Adın dışında kalan iyonlar yine vardır ve analize katılır. Adlandırma hangi oranlara veya sınıflama yöntemine göre yapılıyorsa o yöntem belirtilmelidir; özellikle eşdeğer oranıyla kütle oranını birbirinin yerine koymak aynı suya farklı etiketler verilmesine yol açabilir.

Tablo 42, iyon adlarını bir sınıflama ezberine dönüştürmeden okumaya yardım eder. Aynı sütundaki maddeler benzer bir soruda kullanılabilir, fakat birbirlerinin yerine geçmez. Örneğin klorür sonucunu sodyumun, bikarbonat sonucunu kalsiyumun doğrudan ölçümü gibi almak uygun değildir. Bu tür eşlemeler ancak bileşimi ve süreçleri ayrıca sınanmış çok sınırlı bir modelde kurulabilir. Gerçek raporda her bileşenin ölçülmüş, hesaplanmış veya başka bir özellikten türetilmiş oluşu kendi satırında anlaşılmalıdır.

Özgün okuma tablosu; eksiksiz analiz paneli veya su sınıflaması değildir.

Tuzluluk düzeyinin açıklanması ile tuzların nereden geldiğinin açıklanması da aynı iş değildir. Kayaçlarla etkileşim, buharlaşma, farklı suların karışması ve insan kaynaklı girdiler çözünmüş bileşenleri etkileyebilir. Bu olasılıkların birden fazlası birlikte bulunabilir. Yüksek bir toplamdan doğrudan tek bir neden seçmek yerine hangi iyonların arttığı, bunun nerede ve ne zaman görüldüğü araştırılır. Böylece toplam değer, kesin bir kaynak etiketi olmaktan çıkarak sınanacak soruların başlangıcı hâline gelir.

Kütle miktarından yük miktarına geçmek

İyon dengesinde karşılaştırılan büyüklük, pozitif ve negatif iyonların toplam kütlesi değildir. Bir litre çözeltide temsil ettikleri elektrik yükü eşdeğerleri karşılaştırılır. Aynı mg/L değerine sahip iki iyonun molar kütleleri ve yükleri farklıysa taşıdıkları eşdeğer yük de farklı olabilir. Kütle birimiyle yazılmış sonuçları doğrudan iki sütunda toplamak bu soruyu yanıtlamaz. Önce her iyonun miktarı, molar kütlesi ve yükünün mutlak değeri kullanılarak ortak bir yük ölçeğine dönüştürülür.

Bu dönüşümde miliekivalan/litre, kısaca meq/L, kullanışlıdır. Sayısal işlem q = c × |z| / M biçimindedir: c iyonun mg/L olarak derişimi, z iyon yükü, M ise g/mol olarak molar kütlesidir. M’nin sayısal değeri mg/mmol biriminde de aynı olduğundan, bölme önce mmol/L verir; yük büyüklüğüyle çarpma meq/L sonucuna götürür. Burada katyon ve anyon sütunlarına pozitif büyüklükler yazılır; işaret, iki ayrı toplamın farkında kullanılır.

İki değerlikli bir iyonun aynı molar miktarı, tek değerlikli iyonun iki katı yük eşdeğeri taşır. Ancak aynı kütle miktarı için doğrudan iki kat kuralı kurulamaz; molar kütle de değişmiştir. Dönüşümün bütün adımlarını korumak, “magnezyum daha az mg/L olduğuna göre önemsizdir” gibi acele bir yorumu düzeltir. Yük dengesi içindeki pay, yalnız kütle satırından görülemez. Aynı şekilde daha büyük kütle payı, her kullanım sorusunda daha büyük etki anlamına gelmez.

Elektriksel nötrlük ilkesi, çözeltinin makroskopik ölçekte pozitif ve negatif yüklerinin dengede olmasını gerektirir. Analiz sonuçlarından kurduğumuz tablo ise bu fiziksel durumu eksik veya belirsiz biçimde temsil edebilir. Ölçümde fark bulduğumuzda “su elektriksel olarak dengesizdir” demekten önce hesapta hangi türlerin yer aldığına bakarız. İyon dengesi bu yönüyle numuneyi cezalandıran bir puan değil, analiz listesinin tutarlılığını sorgulayan bir araçtır; gerçek suyla onun sayısal temsilini birbirinden ayırır.

Açık varsayımlarla bir iyon dengesi hesabı

Aşağıdaki iyon dengesi örneği için yalnız öğretim amacıyla bir bileşim seçelim. Bunlar herhangi bir kuyuya, şebekeye veya ürüne ait ölçümler değildir. Sekiz iyonun tamamı belirtilen basit biçimlerde bulunuyor, başka yük taşıyan türler hesaba anlamlı katkı yapmıyor ve verilen derişimler kesin kabul ediliyor. Molar kütleler de işlemi izlemeyi kolaylaştırmak için yuvarlatılmıştır. Gerçek analizde kullanılacak sabitlerin ve belirsizliklerin yerini tutmazlar. Bu kabuller, örneğin neyi gösterdiğini açıkça sınırlamak için gereklidir.

Tablo 43 her iyonun giriş değerini, seçilen molar kütlesini ve dönüşüm sonucunu yan yana verir. Pozitif yüklü dört satırın kütle toplamı 78,90 mg/L, negatif yüklü dört satırınki 230,95 mg/L olur. Kütleler eşit değildir; buna rağmen eşdeğer yük toplamları eşittir. Bu fark hesap hatası değil, farklı iyonların aynı yükü farklı kütlelerle taşımasının sonucudur. Buradaki sekiz bileşenin kütle toplamı ayrıca bir kuru kalıntı ölçümünün yerine geçirilmez.

11 numaralı örnek hesabın öğretici girdileri. M değerleri bilinçli yuvarlatılmış varsayımlardır; ölçülmüş su verisi veya kesin molar kütle tablosu değildir. q sütununda yükün mutlak büyüklüğü kullanılır.

Örnek hesap 11 — Kütleler farklıyken yüklerin dengelenmesi

Bütün bileşim değerleri varsayımsaldır; gerçek numune sonucu kullanılmamıştır.

Tablo 43 içindeki sekiz iyonun mg/L değerleri ve yuvarlatılmış molar kütleleri kullanılır.

C, katyon eşdeğerleri toplamı; A, anyon eşdeğerleri toplamıdır. İkisi de meq/L birimindedir.

Bileşenler yalnız tabloda yazılı iyon biçimlerinde temsil edilir. Ölçüm belirsizliği, iyon çiftleri ve başka yük taşıyan türler modellenmez. Gösterilen denge tamlığı örneğin kuruluşundan gelir.

Kalsiyum için iki değerlik ve seçilen molar kütle kullanılır:

$\text{q}\left( \text{Ca}^{\text{2+}} \right)\text{ = 40,00 × 2 / 40,0 = 2,000 meq/L}$

Aynı işlemle bulunan dört katyon katkısı toplanır:

$\text{C = 2,000 + 1,000 + 1,000 + 0,100 = 4,100 meq/L}$

Dört anyon katkısı ayrı toplanır:

$\text{A = 3,000 + 0,500 + 0,500 + 0,100 = 4,100 meq/L}$

Bu kitap örneğinde fark, iki toplamın toplamına bölünerek yüzdeye çevrilir:

$\text{δ = 100 × }\left( \text{C − A} \right)\text{ / }\left( \text{C + A} \right)\text{ = \%0}$

Yalnız nitrat satırı dışarıda bırakılırsa A = 4,000 olur; aynı tanımla:

$\text{δ = 100 × }\left( \text{4,100 − 4,000} \right)\text{ / }\left( \text{4,100 + 4,000} \right)\text{ ≈ \%1,23}$

Tam listedeki yük eşdeğerleri eşittir. Nitratın çıkarılması küçük görünen fakat gerçek bir kayıt eksikliği oluşturur; yaklaşık %1,23 sonucu bu eksikliğin kabul edilebilir olduğunu kanıtlamaz. Pozitif işaret yalnız C toplamının A toplamından büyük olduğunu gösterir.

Yüzde için paydada ortalama, (C + A)/2, kullanılırsa sayı iki katına çıkar. Burada bu ikinci tanım uygulanmadı. δ için evrensel geçer/kaldı eşiği önerilmez; yöntem, kapsam ve belirsizlik ayrıca değerlendirilir.

Dönüşüm ilkesi:. Girdiler ve hesap özgündür.

Yüzdenin küçük görünmesi, hangi hesabın yapıldığını açıklama gereğini ortadan kaldırmaz. Paydada C + A yerine bu toplamın yarısını kullanan bir gösterim, aynı farkı iki kat büyük yüzdeyle ifade eder. Formül yazılmadan karşılaştırılan iki rapor bu yüzden birbirinden daha tutarlı görünürken aslında aynı farkı taşıyor olabilir. Kullanılan tanım ve işaret yönü her zaman sayı ile birlikte okunur. Bir yüzdeyi başka metindeki kabul ölçütüyle eşlemek için önce bu gösterimlerin aynı olduğunun anlaşılması gerekir.

Örnekte nitrat satırını kaldırdığımızda yaklaşık yüzde 1,23 bulduk. Buradan “eksik nitrat önemsizdir” sonucu çıkmaz; yalnız bu eksikliğin yük toplamına etkisini hesaplamış oluruz. Denge kontrolünün duyarlılığı, toplam içindeki paya bağlıdır. Küçük paylı bir satır, toplamı az değiştirirken araştırılan belirli sorunun merkezinde bulunabilir. Bu yüzden bir analiz paketinin yeterliliği, yalnız toplamların yakınlığıyla seçilmez. Hangi bileşenleri bilmek istediğimiz, hesap başlamadan önce belirlenmiş olmalıdır.

Tablodaki üç ondalık basamak, varsayımsal aritmetiği izlemeyi kolaylaştırır. Gerçek raporda derişimlerin belirsizliği ve kullanılan molar kütleler de dengeye etki eder; gösterilen basamak sayısı ölçüm duyarlılığıyla karıştırılmamalıdır.

Hesaba hangi sonuçların gireceğini seçmek

Gerçek raporda ilk iş, iyon adlarını yan yana dizmekten önce satırların aynı numuneyi temsil edip etmediğini kontrol etmektir. Farklı tarihlerden veya farklı noktalardan alınmış sonuçlarla hesaplanan denge, tek bir çözeltinin yük bilançosu değildir. Aynı kaynağın adı taşıması bu farkı gidermez. Benzer biçimde çözünmüş fraksiyona ait bir sonuçla daha geniş bir fraksiyonu kapsayan sonuç birlikte kullanılacaksa, ölçüm kapsamlarının uyumu açıklanmalıdır. Fiziksel ilkenin analize uygulanması, temsil edilen sistemin ortak olmasını gerektirir.

İkinci iş, birimin kimyasal temelini okumaktır. Sülfat olarak mg/L, kükürt olarak mg/L ile; nitrat olarak mg/L, azot olarak mg/L ile aynı sayı değildir. İyonun bütünüyle elementin kütlesini ayırmadan molar kütle seçmek, dönüşümü daha ilk satırda değiştirir. Raporda belirtilen bildirim esasına göre önce uygun iyon miktarına veya doğrudan uygun molar miktara geçilir. Formülü doğru yazmak, yanlış anlamlandırılmış bir girdiyle yapılan işlemi kendiliğinden düzeltmez.

Alkalinite ayrıca dikkat ister. Bikarbonat ve karbonatın katkısını zaten temsil eden bir alkalinite sonucu, aynı katkıları içeren ayrı satırlarla düşünmeden tekrar toplanamaz. Bu, aynı yük katkısını iki kez sayabilir. Alkalinitenin hangi türlerden kaynaklandığına ilişkin varsayımlar da her suda aynı değildir. Bir raporda “CaCO₃ olarak” yazılması, o miktarda çözünmüş kalsiyum karbonatın ayrı bir bileşen gibi bulunduğu anlamına gelmez. Eşdeğer üzerinden bildirimle kimyasal tür ölçümünü ayırmak, burada hesap doğruluğunun doğrudan parçasıdır.

Sonuçların nasıl elde edildiği de tabloya eklenmelidir. Sodyum doğrudan ölçülmemiş, diğer iyonların farkından hesaplanmışsa aynı sodyum sonucunu kullanarak dengenin kusursuzluğunu bağımsız bir doğrulama gibi sunamayız. Farkı kapatacak satırı tanım gereği üretmiş oluruz. Bu durum hesaplanan değeri her amaç için yararsız yapmaz; hangi bilginin bağımsız ölçüm, hangisinin bir varsayımın sonucu olduğunu açık tutmayı gerektirir. Analiz raporundaki yöntem açıklaması, sayının yanında yer alan süsleyici bir ayrıntı değildir.

Denge kontrolü neyi doğrular, neyi açık bırakır?

Katyon ve anyon toplamları arasında beklenenden büyük fark bulunması, incelemeyi yönlendirebilir. Eksik iyonlar, yanlış birim dönüşümü, bildirim esasının karıştırılması, belirli analizlerdeki sorunlar veya türlerin yanlış temsil edilmesi araştırılır. Ancak farkın işareti tek başına hangi satırın yanlış olduğunu bulmaz. Katyon fazlası görülen bir tabloda gerçekten katyon yüksek ölçülmüş olabileceği gibi bir anyon eksik de kalmış olabilir. İyon dengesi, sorunun yerini daraltmaya yardımcı olur; bütün nedenleri aynı anda çözmez.

İyi görünen bir denge ortak sapmaları gizleyebilir: 11 numaralı örnek hesapta bütün derişimler aynı oranda artırılırsa C ve A birlikte artar, fark yine sıfır kalır. Bu nedenle yük dengesi, her analitin bağımsız doğrulamasının yerini tutmaz.

Nötr bileşenler de bu kontrolün dışında kalır. İyon yükü taşımayan bir bileşenin miktarı yanlış veya eksik bildirildiğinde katyon–anyon toplamları bunu zorunlu olarak yakalamaz. Ayrıca toplam içinde küçük payı olan iyonların doğruluğu, baskın iyonların oluşturduğu büyük yük bütçesinde yeterince sınanamayabilir. Bu nedenle yük dengesi, bütün kimyasal analizlerin ve bütün olası maddelerin ortak kalite belgesi değildir. Hangi büyüklükleri birbirine bağladığı bilindiğinde yararlı olan, kapsamı sınırlı bir tutarlılık kontrolüdür.

Burada bütün sulara uygulanacak sabit bir yüzde kabul sınırı vermiyoruz. Düşük toplam yük, analitik belirsizlikler, raporlama sınırları, eksik türler ve numunenin kimyasal özellikleri aynı yüzdeyi farklı biçimde etkileyebilir. Bir çalışmanın kabul ölçütü, kullanılan yöntem ve kalite sistemiyle birlikte değerlendirilir. Hesap sonucu raporlanırken formülün, kapsanan iyonların ve önemli eksiklerin açıklanması, yalnız “denge uygundur” demekten daha çok bilgi taşır. Böyle bir kayıt, başka birinin aynı sonuca nasıl varıldığını izleyebilmesini de sağlar.

İyon örüntüsünden köken araştırmasına

İyonlar birlikte değiştiğinde kaynak hakkında bir hipotez kurulabilir. Örneğin kalsiyumla bikarbonatın birlikte bulunması bazı kayaç–su etkileşimleriyle uyumlu olabilir; fakat yalnız bu iki satır, geçmişte gerçekleşen bütün süreçleri belirlemez. Başka girdiler, karışma ve dönüşümler de benzer örüntü oluşturabilir. Hem’in doğal suların yorumuna ilişkin uyarısı burada yararlıdır: Korelasyonun bulunması, ilişkinin nedenini tek başına açıklamaz. Birlikte değişen iki sonuç, mekanizma için araştırma başlangıcıdır; mekanizmanın tamamlanmış kanıtı değildir.

Klorür ve sodyum ilişkisi de aynı dikkatle okunur. Saf sodyum klorürün tek kaynak olduğu basit bir modelde molar ilişki bellidir. Gerçek suda başka sodyum veya klorür kaynakları, karışma ve iyonları farklı etkileyen süreçler bulunabilir. Bu yüzden iki değerin yaklaşık birlikte artması, tek başına belirli bir kaynağın kesin olarak saptandığı anlamına gelmez. Bir bileşenin davranışını açıklamak için kurulan model, hangi alternatifleri dışarıda bıraktığını da belirtmelidir; oran, bağlamdan kopuk bir kimlik belgesi değildir.

Zamansal izleme bu araştırmayı güçlendirebilir; yine de yalnız daha çok sayı biriktirmek yeterli olmaz. Aynı noktadaki değişimin su düzeyi, işletme düzeni veya başka bileşenlerle ilişkisi araştırılırken, verilerin gerçekten karşılaştırılabilir olması gerekir. Bir korelasyon görülmediyse bu da bütün süreçlerin bağımsız olduğu anlamına gelmez; karışan etkiler veya gözlem aralığı ilişkiyi gizleyebilir. Bu bölümde belirli bir sahaya ait böyle bir sonuç ileri sürmüyoruz. Amaç, iyon örüntülerinden neden ararken açıklamayla gözlemin aynı şey olmadığını korumaktır.

Bir köken hipotezi için en yararlı sonraki analiz, mevcut belirsizliği gerçekten ayırabilen analizdir. Olası iki açıklama aynı iletkenlik aralığını ve benzer ana iyonları üretiyorsa aynı toplu ölçümü tekrarlamak tek başına aralarındaki farkı çözmeyebilir. Ayrım başka bir bileşende, yerde veya zamanda aranır. Bu, her durumda çok geniş bir test paketi istemek anlamına gelmez. Sorunun açık kurulması, gereksiz ölçümleri azaltırken gerekli olanı daha belirgin hâle getirir.

Bileşimi kullanıma bağlamak

Bileşimin bilinmesi, suyun bütün kullanım özelliklerinin bir anda hesaplandığı anlamına gelmez; fakat soruları daha iyi seçmeyi sağlar. Aynı toplam çözünmüş madde miktarına yaklaşan iki su, kalsiyum ve magnezyum payları bakımından farklı olabilir. İyonların elektriksel hareketleri de aynı olmadığından, toplam kütleyi veya iletkenliği tek bir bileşenin kesin karşılığı sayamayız. Kullanım amacı belirli iyonlarla ilişkiliyse onların ayrı miktarları gerekir. Toplam göstergeden bileşen analizine geçişin değeri, bu farkı görünür kılmasıdır.

Bir rapordaki bütün satırların birlikte anlamlı olması için üç farklı tutarlılık korunur: Aynı numunenin anlatılması, kimyasal bildirimlerin doğru okunması ve kullanılan hesapların kendi tanımlarına uyması. Bunlardan biri eksikse çok düzenli bir tablo da yanıltabilir. Buna karşılık her ayrıntının açıklanmış olması, raporu yalnız uzmanlara ait bir belge olmaktan çıkarır; okurun hangi hükmün hangi bilgiye dayandığını izlemesini sağlar. Burada sayısal kesinlikten önce gelen beceri, her sayının neyin miktarı olduğunu doğru sormaktır.

İyon dengesi hesabını sonuç cümlesi yerine bir soru üreticisi olarak kullanmak daha verimlidir. Fark varsa hangi satırlar ve hangi varsayımlar yeniden incelenecek? Fark küçükse hangi belirsizlikler hâlâ açık kalıyor? Bir bileşen doğrudan ölçülmediyse hesap bunu nasıl etkiliyor? Bu sorular, aynı sonucu gereksiz yere tekrar etmekten daha açıklayıcıdır. Dengenin gücü, suyu tek etiketle sınıflandırmasında değil, analizin kendi iç ilişkilerini görünür kılmasındadır. Böylece raporun sınırları da sonuçları kadar anlaşılır olur.

Kalsiyum, magnezyum ve karbonat sistemi bu okumada doğal olarak öne çıktı. Bir sonraki bölüm bunları sertlik, alkalinite, kireç oluşumu ve korozyonla ilişkileri bakımından ayrı ayrı ele alacak. Burada korunması gereken bağlantı şudur: İyon listesi bileşimi, iletkenlik ortak elektriksel yanıtı, yük dengesi ise analiz içindeki bir tutarlılık ilişkisini anlatır. Birini diğerinin yerine koymadan birlikte okumak, hem sonraki kimyasal açıklamaları hem el tipi bir cihazın sonucunu daha doğru değerlendirmemizi sağlar.

10.5 El tipi cihaz sonucundan çıkarılamayacak hükümler

Ekrandaki sayıdan araştırılabilir soruya

Bir el tipi cihazın en yararlı çıktısı bazen kesin bir hüküm değil, yerinde sorulmuş yeni bir sorudur. İletkenlik değişmişse neyin değiştiğini araştırmak isteyebiliriz; fakat ekran hangi iyonun arttığını tek başına seçmez. Aynı sonuç, farklı bileşimlerin ortak elektriksel yanıtı olabilir. Bu yüzden ölçümü değerlendiren kişi önce cihazın ürettiği büyüklüğü, sonra cevaplamaya çalıştığı soruyu adlandırır. İkisi arasındaki bağlantı kurulamıyorsa eksik olan şey daha iddialı bir yorum değil, soruya uygun başka bir bilgidir.

Önceki alt bölümlerde iletkenliğin ve ondan hesaplanan TDS gösteriminin nasıl ayrıldığı açıklandı. Burada o açıklamayı tekrarlamak yerine bir karar örneği üzerinden ilerleyelim: İki suyun ekran değerleri farklıysa elimizde karşılaştırılabilir koşullarda farklı bir elektriksel yanıt vardır. Hangisinde daha çok klorür bulunduğu, farkın hangi bileşenden doğduğu veya belirli bir işlemin hedef maddeyi giderip gidermediği henüz bilinmez. Bu soruların her biri toplam yanıtın içinden daha özel bir bilgiyi ayırmayı gerektirir.

Bu ayrım cihazın işe yararlılığını azaltmaz. Belirli bir kaynağın bileşimi yeterince tanınmış ve iletkenlikle belirli bir bileşen arasında ilişki kurulmuşsa, sık ölçülen toplam gösterge izlemeye yardımcı olabilir. Ancak ilişki o su ve o koşullar için sınanmıştır. Farklı bir kaynak veya değişmiş bir bileşim için aynı ilişkinin sürdüğü ayrıca araştırılır. Bir göstergenin pratik değeri, her şeyi ölçmesinden değil, hangi değişimi hangi koşullarda güvenilir biçimde izleyebildiğinin bilinmesinden gelir.

Örneğin işletmenin “değişim var mı?” sorusu ile laboratuvarın “hangi iyon ne kadar?” sorusu aynı ayrıntı düzeyinde değildir. Birincisinde iyi kurulmuş bir iletkenlik dizisi hızlı uyarı sağlayabilir; ikincisinde iyonlara özgü sonuçlar gerekir. İki işi karşı karşıya koymak yerine birbirine bağlamak daha anlamlıdır. Uyarı veren ölçüm, yapılacak ayrıntılı incelemenin yerini ve zamanını seçmeye yardım eder. Ayrıntılı analiz de o uyarının ne anlama geldiğini öğretir; aralarındaki ilişki tek yönlü değildir.

Tat değerlendirmesinin sınırını korumak

Dünya Sağlık Örgütünün TDS açıklamasında, yaklaşık 600 mg/L’nin altında tat kabulünün genellikle iyi olduğu; yaklaşık 1000 mg/L’nin üzerinde tadın giderek daha fazla sorun oluşturabildiği belirtilir. Bu ifadeler kesin duyusal sınırlar veya sağlık eşikleri değildir. Rehber, TDS için sağlığa dayalı bir kılavuz değer belirlememiştir; bu değerlendirme her bileşimin güvenli olduğunu göstermez. Ayrıca güncel baskıda yer alan TDS bilgi notunun değerlendirme tarihi 1993’tür. Baskı yılıyla değerlendirme tarihini ayırmak, metnin dayandığı kanıtı doğru tanımaya yardım eder.

Bir toplam değerin sağlık sorusuna tek başına cevap verememesi, sayının yüksek veya düşük olmasına göre değişen bir mantık kuralı değildir. Sayı, bileşenlerin kimliğini ve tek tek miktarlarını çözmüyorsa belirli bir bileşen hakkında gereken bilgi hâlâ eksiktir. Bunu bir eşik seçerek gideremeyiz. Soruyu “ekrandaki değer iyi mi?” biçiminden “hangi bileşen veya etken hakkında hangi kanıt gerekiyor?” biçimine çevirmek, kararın dayanağını somutlaştırır. Ölçülmeyen bir özellik, sayısal sıralama yapıldığında ölçülmüş hâle gelmez.

CDC’nin kuyu suyu test rehberinde toplam çözünmüş maddeler, pH, nitrat ve mikrobiyolojik göstergeler ayrı incelemeler olarak ele alınır. Ayrıca yerel koşullara göre başka etkenlerin araştırılması gerekebilir. Burada yararlı olan, ABD’ye özgü uygulama sıklığını başka ülkelere taşımak değil, farklı sorular için farklı kanıt gerektiğini görmektir. İletkenlik veya hesaplanmış TDS sonucundan koliform ya da E. coli bulunmadığı sonucu çıkarılamaz; bu soru uygun mikrobiyolojik incelemeyle ele alınır.

Tat açısından beğenilen bir suyun iyon dağılımı da tek sayıdan okunamaz. Aynı toplama farklı bileşenlerin katkıda bulunabilmesi, toplamı bir madde listesine dönüştürme çabasını sınırlar. Bir kişinin duyusal tercihi ise ayrıca kendi değerlendirmesidir; buradan genel bir kimyasal bileşim sonucu üretilemez. Dolayısıyla beğeni, toplam gösterge ve bileşen analizi aynı raporda yer alabilse de farklı sorulara cevap verir. Aralarındaki fark korunduğunda hem kişisel tercihin hem analizin taşıyabileceği anlam daha açık olur.

Arıtma karşılaştırmasında hangi hedef ölçülüyor?

Arıtma türünün neyi hedeflediği, giriş–çıkış karşılaştırmasını belirler. EPA’nın teknoloji açıklamalarında katyon değişimiyle yumuşatma, kalsiyum ve magnezyumun çoğunlukla sodyumla yer değiştirmesine dayanır. Aktif karbonun hedefleri arasında adsorplanabilen organik maddeler ve bazı tat–koku bileşenleri vardır. Ters ozmoz ise çözünmüş maddeler dâhil daha geniş bir ayrım yapabilir. Bu farklı işlemlerden her birinin başarısını yalnız iletkenlikte aynı yönde ve aynı büyüklükte değişim bekleyerek değerlendirmek uygun değildir.

Yumuşatma örneğinde kalsiyum ve magnezyumun azalması, sudaki bütün yük taşıyıcıların kaybolduğu anlamına gelmez; yerine başka iyonlar gelmiştir. İyonların yükleri ve hareketleri farklı olduğundan son iletkenlik davranışı yalnız çıkarılan kütleye bakılarak belirlenemez. Bu işlem için uygun soru, hedeflenen iyonların veya ilgili sertlik ölçümünün nasıl değiştiğidir. Ekranın çok düşmemesi, hedeflenen değişimin gerçekleşmediğini tek başına kanıtlamaz. Bu çıkarım, işlemin adını ölçülmesi gereken büyüklükle eşleştirmekten doğar.

Ters ozmoz giriş ve çıkışında karşılaştırılabilir iletkenlik ölçümleri, işletme hakkında yararlı bir gösterge oluşturabilir. Ancak çıkışın girişe oranından türetilen azalmanın adı açık tutulmalıdır: Bu, iletkenliğin azalmasıdır. Her iyonun aynı oranda giderildiği veya bütün hedef maddelerin bu oranla temsil edildiği ancak ayrıca gösterilirse söylenebilir. Farklı iyonların aynı elektriksel katkıyı yapmaması, ortak göstergenin tek tek bileşenlerin giderim oranına koşulsuz çevrilmesini engeller. İşlem karşılaştırması, hedef analiziyle desteklendiğinde daha açıklayıcı olur.

CDC, ev tipi arıtma açıklamasında farklı sistemlerin farklı mikrobiyolojik ve kimyasal hedefler taşıdığını vurgular. Örneğin ultraviyole işlem kimyasal maddeleri gideren bir işlem değildir. Böyle bir uygulamada iletkenliğin değişmemesi, hedeflenen mikrobiyolojik etkinin gerçekleşip gerçekleşmediğini açıklamaz. Önce hedefin ne olduğu belirlenir, ardından hedefe uygun doğrulama aranır.

Aynı sayı aynı bileşim değildir

İki su aynı iletkenlik değerine sahipken iyonlarının dağılımı farklı olabilir. Çünkü tek sayı, çeşitli iyonların miktar ve hareket özelliklerinin birleşik sonucudur; bu bileşenleri ters yönde tek tek çözmek için yeterli denklem vermez. Bir toplamdan çok sayıda bilinmeyeni çıkarmaya çalışırız. Aynı sayının görülmesi bu nedenle iki suyun aynı kaynaktan geldiğini, aynı işlemlerden geçtiğini veya bütün bileşenlerinin eşit olduğunu göstermez. Eşitlik yalnız karşılaştırılan ölçüm büyüklüğü için ve ölçüm belirsizliği içinde ileri sürülebilir.

Tersi durumda, farklı iletkenlikler de bütün bileşenlerin aynı oranda farklı olduğunu söylemez. Bazı iyonlar değişirken diğerleri benzer kalmış olabilir; iyon dağılımının kendisi değişmiş olabilir. Bu nedenle iki ekran değerinden birini diğerine bölerek bütün kimyasal bileşimi o oranla büyütmek veya küçültmek gerekçesizdir. Belirli bir su serisi için böyle bir yaklaşım kullanılacaksa, bileşimin yeterince benzer kaldığını gösteren veriler gerekir. Oran hesabı kolay olabilir; oranı hangi özelliklere taşıyabileceğimiz ayrı bir sorudur.

Bu durum, karşılaştırma tablolarında kullanılan “daha az madde” ifadesini de etkiler. Cihazın TDS gösterimi aynı katsayıyla hesaplanmışsa ekrandaki oran öncelikle iletkenlik oranını yansıtır. Gerçek kütle oranı veya belirli bir iyonun oranı olarak yorumlanması ek dayanak ister. Önceki alt bölümdeki dönüşüm katsayısı meselesinin karar aşamasındaki karşılığı budur: Matematiksel olarak düzgün bir hesap, girdinin temsil etmediği bilgiyi üretemez. Sonuç hangi ölçümden türetilmişse yorum o ölçümün kapsamıyla birlikte taşınır.

Eşit görünen değerler karşısında yapılacak yararlı iş, aynı sayıyı daha kesin sıfatlarla anlatmak yerine hangi farkın önemli olduğunu sormaktır. Kullanım sorusu kalsiyum ve magnezyumla ilgiliyse bu iyonlar; belirli bir kimyasal maddeyle ilgiliyse o madde araştırılır. Yalnız ortak elektriksel davranış izlenecekse iyonların her ölçümde yeniden ayrılması gerekmeyebilir. Ölçüm seçimi böylece bir alışkanlık veya cihazın sunduğu menü olmaktan çıkar; sorunun ihtiyaç duyduğu bilgiye göre yapılır.

Cihazın açtığı soruyu uygun analizle tamamlamak

Tablo 44, bir cihaz sonucundan sonra ortaya çıkabilecek soruları gereken kanıta bağlar. Satırlar bütün su analizlerini sıralamaz; aynı ölçümün farklı kararlar için neden farklı ölçüde yeterli olduğunu gösterir. İyon miktarı sorusunda kimyasal ayrım, mikrobiyolojik soruda ilgili etken veya gösterge, analitik tutarlılık sorusunda ise ortak numuneye ait iyon listesi gerekir. Her soruyu iletkenliğe geri çevirerek çözmeye çalışmak, cihazın kullanım kolaylığını kanıtın kapsamıyla karıştırmak olur.

Özgün soru eşleme tablosu; sabit analiz paketi değildir.

Bir analizin adı kadar örneğin nereden alındığı da soruya uymalıdır. Arıtma çıkışını araştırırken kaynaktan alınmış bir rapor, kaynağı araştırırken başka bir karışıma ait rapor aynı bilgiyi vermez. Bu, herhangi bir sistemde belirli bir sorunun bulunduğu iddiası değildir; temsil kapsamının mantıksal gereğidir. Bir ölçümün yerini değiştirip sonucunu aynı cümlede kullanmak, açıklanmamış bir varsayım ekler. Karşılaştırılan sonuçların aynı suyu veya tanımlı bir süreç boyunca izlenen suyu anlatması gerekir.

Aynı ilke tarihler için de geçerlidir. Bir cihazla bugün ölçülen değer ile geçmiş tarihli bir analiz yan yana konduğunda, arada bileşimin değişmediği varsayılmış olabilir. Bu varsayım için dayanak yoksa iki kaydı aynı numunenin tamamlayıcı parçaları gibi birleştiremeyiz. Eski rapor kaynak hakkında bağlam sunabilir; güncel bütün maddelerin ölçülmüş olduğu anlamına gelmez. Karar, zamanın önemine göre verilir: Süreklilik gösteren koşulla değişmiş koşulu ayıracak izleme bilgisi bulunmalıdır.

Sonuç raporunda ölçüm belirsizliği veya raporlama sınırı verildiğinde bunlar da yorumun parçasıdır. Bir iyonun belirli bir sayıyla bildirilmesi, miktarının bütün basamaklarıyla kesin bilindiği anlamına gelmez. Bir sınırın altında bildirilen değer de matematiksel olarak tek bir sıfır değerine eşitlenmiş değildir. İyon dengesi veya karşılaştırma yapılırken bu sonuçlara nasıl işlem uygulandığı açıklanmalıdır. Özellikle küçük payların araştırıldığı sorularda, toplam göstergeyle birlikte ilgili satırların belirsizliğini görmek daha doğru bir değerlendirme sağlar.

Değişimi görmekle nedenini belirlemek arasındaki adım

İzleme kaydında beklenmedik bir değişim görüldüğünde önce karşılaştırmanın aynı büyüklük üzerinden kurulup kurulmadığına bakılır. Sıcaklık koşulları veya sıcaklık düzeltmesinin temeli farklıysa sayısal farkın bir bölümü bu farklardan kaynaklanabilir. Bu bölümün başında açıklanan ölçüm tanımı burada yeniden işe yarar; fakat bütün sıcaklık ilişkilerini tekrar hesaplamak gerekmez. Amaç, bir su değişimini ileri sürmeden önce karşılaştırmanın neyi eşitlediğini bilmektir. Birimler aynı olsa bile sonuçların hazırlanış koşulları farklı olabilir.

Ölçüm koşulları yeterince karşılaştırılabilir olduğunda sıra kimyasal açıklamaya gelir. Değişim tek bir iyonun, birkaç iyonun veya farklı suların katkısının sonucu olabilir. İletkenlik kaydı bu olasılıklardan hangisinin gerçekleştiğini yalnız başına seçemez. Olası nedenleri ayıran analiz veya süreç bilgisi aranır. Böylece tekrar ölçmek yalnız ilk sayının yeniden görünmesini sağlamakla sınırlı kalmaz; daha önce görünmeyen bir ayrımı aydınlatan gözlem tasarlanır. İzlemenin öğrenmeye dönüşmesi bu aşamada gerçekleşir.

Bütün değişimleri istenmeyen bir girdi olarak yorumlamak da gereksiz bir sıçramadır. Doğal etkileşimler ve buharlaşma gibi süreçler çözünmüş bileşenleri değiştirebildiği gibi insan kaynaklı girdiler de etkili olabilir. Hangi açıklamanın geçerli olduğu yere, zamana ve bileşime bağlıdır. Bir sayının yükselmesi, nedenin adını kendi içinde taşımaz. Araştırmanın yönü, yalnız yükselmenin büyüklüğüyle değil, hangi iyonların birlikte değiştiği ve sistem hakkında ne bilindiğiyle belirlenir.

Buna karşılık değişimin küçük olması da araştırılan bütün özelliklerin sabit kaldığını kanıtlamaz. Bazı iyonlar artarken başka iyonlar azalabilir; toplam elektriksel yanıt benzer kalabilir. Bu olasılık, her küçük dalgalanmanın altında gizli sorun olduğunu söylemez. Yalnız izlenen göstergenin duyarlı olduğu değişim türleriyle sorulan soru arasında uyum aranması gerektiğini gösterir. Sabit bir ekran değeri, o göstergede belirgin değişim görülmediğinin kaydıdır; bütün bileşenlerin ayrı ayrı sabit kaldığının kaydı değildir.

Laboratuvar raporuyla cihaz kaydını yan yana okumak

Laboratuvar raporu geldiğinde ilk karşılaştırma yalnız sayılar arasında yapılmaz. Numunenin kimliği, ölçülen veya hesaplanan büyüklük ve bildirim birimi eşleştirilir. Rapordaki çözünmüş madde sonucunun yöntemi ile cihazın TDS gösteriminin kaynağı farklı olabilir; iyonların toplamı da ayrıca tanımlanmış bir hesap olabilir. Bu farklar bilinmeden sonuçların eşit çıkması beklenemez. Aralarında fark bulunması, hangi sonucun yanlış olduğunu otomatik olarak göstermez; önce aynı soruya cevap verip vermedikleri anlaşılır.

İyon tablosu ile iletkenlik birlikte incelenirse daha sağlam sorular ortaya çıkar. Baskın iyonlar değişmişken iletkenlik benzer mi kalmış? Toplam yük karşılaştırması belirgin bir eksikliği işaret ediyor mu? Bildirilen bazı satırlar aynı katkıyı iki kez temsil ediyor olabilir mi? Bu sorular, her sonucu tek bir ortak puana çevirmeden aralarındaki ilişkileri kullanır. Bir ölçüm diğerini tamamen doğrulamasa da beklenen ilişkiden sapma, incelenecek yeri gösterebilir. Analizlerin birbirine katkısı bu tamamlayıcılıktadır.

Sonuçlar arasında fark çıktığında rapora hemen tek bir neden yazmak yerine bilinen ve açık kalan noktalar ayrılabilir. Örneğin karşılaştırılabilir koşullarda iletkenliğin değiştiği biliniyor, hangi iyonun değiştiği henüz bilinmiyor olabilir. Böyle bir kayıt eksikliği saklamaz; sonraki incelemenin neden gerekli olduğunu anlaşılır kılar. Ardından alınan iyon sonuçları açıklamayı daraltabilir. Bilgiyi aşama aşama kurmak, ilk ölçümün değerini korurken onun taşıyamayacağı ayrıntıları üzerine yüklememeyi sağlar.

Laboratuvardan ek açıklama istenirken sorunun kendisi de açık yazılabilir: İstenen satır element olarak mı, iyon olarak mı bildirilmiştir; değer ölçülmüş müdür, başka sonuçlardan mı hesaplanmıştır? Bu iki ayrım, aynı rapordaki hesabın yeniden kurulmasını çoğu zaman doğrudan etkiler. Yanıtın amacı raporu daha çok sayıyla doldurmak değil, mevcut sayıların kimyasal anlamını kesinleştirmektir. Böylece yeniden numune alma veya yeni analiz gereği değerlendirilmeden önce, açıklamayla giderilebilecek bir belirsizlik olup olmadığı anlaşılır.

Rapor dilinde kullanılan fiiller de bu farkı görünür kılar. “Ölçüldü”, “hesaplandı”, “uyumlu bulundu” ve “neden olarak doğrulandı” aynı kanıt düzeyini taşımaz. İletkenlik ölçülmüş, TDS belirli bir dönüşümle hesaplanmış, iyon örüntüsü bir kaynak hipoteziyle uyumlu bulunmuş olabilir. Bunların hepsini “tespit edildi” sözü altında toplamak, okurun hangi sonucun doğrudan gözleme dayandığını izlemesini zorlaştırır. Açık raporlama, sayının doğruluğu kadar sonuca giden düşünce basamaklarının da görünür olmasını sağlar.

Kararın kapsamını tamamlamak

Bir cihaz sonucuyla verilecek kararın kapsamı, o sonucun temsil ettiği özelliği aşmamalıdır. Amaç aynı süreçteki değişimi izlemekse doğrulanmış bir gösterge yararlı olabilir; amaç belirli iyonu belirlemekse seçici analiz gerekir. İki durumda da ölçümden vazgeçilmez, doğru yere yerleştirilir. Böylece “bu cihaz yeterli mi?” sorusu daha açık hâle gelir: Hangi karar için, hangi koşullarda ve hangi tamamlayıcı bilgilerle yeterli? Cihazın bütün olası soruları cevaplaması beklenmediğinde, gerçek kullanım alanı daha iyi tanımlanır.

Bu yaklaşım, gereksiz ölçüm sayısını artırmak anlamına gelmez. Mevcut bilgi soruyu yanıtlıyorsa aynı şeyi başka ad altında yeniden ölçmek katkı sağlamayabilir. Buna karşılık eksik olan bilgi bileşen kimliğiyse aynı toplam göstergeyi çok kez tekrarlamak o boşluğu kapatmaz. Gerekli ek bilgi, belirsizliğin türüne göre seçilir. Biraz önceki iyon dengesi hesabında olduğu gibi, kontrolün hangi ilişkileri sınadığını bilmek hem yararını hem sınırını belirler; ölçümlerin sayısından önce soruların doğruluğu gelir.

Okurun bundan sonra bir iletkenlik veya TDS ekranına baktığında izleyebileceği düşünce yolu kısadır: Bu sayı hangi büyüklüğün sonucu, karşılaştırma hangi koşullarda yapıldı ve karar için hangi bilgi hâlâ gerekiyor? Bunlar bir cihaz kullanım talimatının yerini almaz; sonuç yorumunun çerçevesini kurar. Özellikle bir suyu başka bir suyla veya işlem öncesini işlem sonrasıyla karşılaştırırken, eksik bağlantıyı saptamak yanlış bir kesinlik üretmekten daha yararlıdır. Ölçümün değeri, cevap verebildiği sorunun açıklığıyla birlikte artar.

10. bölüm boyunca toplam göstergeleri bileşenlerden, hesaplanmış sonuçları doğrudan ölçümlerden ve tutarlılık kontrolünü kullanım kararından ayırdık. Şimdi iyonların bazı ortak etkilerini daha ayrıntılı incelemek için gerekli dil elimizde. Sertlik ve alkaliniteye geçerken yalnız toplam çözünmüş maddeyi bilmenin neden yeterli olmadığını artık daha somut sorabiliriz. Kalsiyum, magnezyum ve karbonat sisteminin miktarları ile birbirleriyle ilişkileri yeni açıklamaların dayanağı olacak; iletkenlik ise bu ayrıntıların yanında kendi ölçüm kapsamını koruyacaktır.