水質(zhì)檢測(cè)中電導(dǎo)率,TDS,鹽度之間的關(guān)系
在水質(zhì)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中經(jīng)??梢钥吹诫妼?dǎo)率,TDS,鹽度等標(biāo)準(zhǔn),不少人對(duì)他們的定義不是很了解,甚至有認(rèn)為三者是同一個(gè)概念。今天我們就來(lái)了解下電導(dǎo)率,TDS,鹽度的定義及相關(guān)關(guān)系。
一、電導(dǎo)率:
生態(tài)學(xué)中,電導(dǎo)率是以數(shù)字表示的溶液傳導(dǎo)電流的能力,電導(dǎo)率的物理意義是表示物質(zhì)導(dǎo)電的性能。電導(dǎo)率越大則導(dǎo)電性能越強(qiáng),反之越小。單位以西門子每米(S/m)表示。
影響因素:
1)溫度:電導(dǎo)率與溫度具有很大相關(guān)性。在一段溫度值域內(nèi),電導(dǎo)率可以被近似為與溫度成正比。為了要比較物質(zhì)在不同溫度狀況的電導(dǎo)率,必須設(shè)定一個(gè)共同的參考溫度。
2)摻雜程度: 增加摻雜程度會(huì)造成高電導(dǎo)率。水溶液的電導(dǎo)率高低相依于其內(nèi)含溶質(zhì)鹽的濃度,或其它會(huì)分解為電解質(zhì)的化學(xué)雜質(zhì)。水樣本的電導(dǎo)率是測(cè)量水的含鹽成分、含離子成分、含雜質(zhì)成分等等的重要指標(biāo)。水越純凈,電導(dǎo)率越低(電阻率越高)。水的電導(dǎo)率時(shí)常以電導(dǎo)系數(shù)來(lái)紀(jì)錄;電導(dǎo)系數(shù)是水在 25°C 溫度的電導(dǎo)率。
3)各向異性:有些物質(zhì)會(huì)有異向性(anisotropic) 的電導(dǎo)率,必需用 3 X 3 矩陣來(lái)表達(dá)(使用數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ),第二階張量,通常是對(duì)稱的)
二、TDS:
總?cè)芙夤腆w(英文:Total dissolved solids),又稱溶解性固體總量,測(cè)量單位為毫克/升(mg/L),它表明1升水中溶有多少毫克溶解性固 體。TDS值越高,表示水中含有的雜質(zhì)越多。 總?cè)芙夤腆w指水中全部溶質(zhì)的總量,包括無(wú)機(jī)物和有機(jī)物兩者的含量。一般可用電導(dǎo)率值大概了解溶液中的鹽份,一般情況下,電導(dǎo)率越高,鹽份越高,TDS越 高。在無(wú)機(jī)物中,除開(kāi)溶解成離子狀的成分外,還可能有呈分子狀的無(wú)機(jī)物。由于天然水中所含的有機(jī)物以及呈分子狀的無(wú)機(jī)物一般可以不考慮,所以一般也把含鹽 量稱為總?cè)芙夤腆w。 但是在特定水中TDS并不能有效反映水質(zhì)的情況。比如電解水,由于電解過(guò)的水中HO-等帶電離子顯著增多,相應(yīng)的導(dǎo)電量就異常加大。它和電導(dǎo)率往往存在一種相通的關(guān)系,有時(shí)候TDS也可以用來(lái)表示電導(dǎo)率,兩者的關(guān)系:1TDS=2μS其中μS為電導(dǎo)率的單位。如:0.5-Nacl/Kcl;0.66-CaO3
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)飲用自來(lái)水的溶解性總固體(TDS)有*:溶解性總固體≤1000mg/L
三、鹽度:
鹽度的定義經(jīng)歷了幾個(gè)階段,
1)克紐森鹽度公式
在本世紀(jì)初,克紐森(Knudsen)等人建立了鹽度定義,當(dāng)時(shí)的鹽度定義是指在 1000g海水中,當(dāng)碳酸鹽全部變?yōu)檠趸?、溴和碘以氯代替,所有的有機(jī)物質(zhì)全部氧化之后所含固體物質(zhì)的總數(shù)。其測(cè)量方法是取一定量的海水,加鹽酸和氯水,蒸發(fā)至干,然后在380℃和480℃的恒溫下干燥48h,后稱所剩余固體物質(zhì)的重量。
用上述的稱量方法測(cè)量海水鹽度,操作十分復(fù)雜,測(cè)一個(gè)樣品要花費(fèi)幾天的時(shí)間,不適用于海洋調(diào)查,因此,在實(shí)踐中都是測(cè)定海水的氯度,根據(jù)海水的組成恒定性規(guī)律,來(lái)間接計(jì)算鹽度,氯度與鹽度的關(guān)系式(克紐森鹽度公式)如下:
S‰=0.030+1.8050Cl‰
克紐森的鹽度公式使用時(shí),用統(tǒng)一的硝酸銀滴定法和海洋常用表,在實(shí)際工作中顯示了極大的*性,一直使用了70年之久。但是,在長(zhǎng)期使用中也發(fā)現(xiàn),克紐森的鹽度公式只是一種近似的關(guān)系,而且代表性較差;滴定法在船上操作也不方便。于是人們尋求更更快速的方法。
2)重新定義 鹽度與氯度的上述關(guān)系式,建立在海水組成恒比規(guī)律的基礎(chǔ)上,這是不嚴(yán)格的;況且當(dāng)時(shí)所取的水樣,多數(shù)為波羅的海表層水,難以代表整個(gè)大洋水的規(guī)律。實(shí)際上,關(guān)系式中的常數(shù)項(xiàng) 0.030,不符合大洋海水鹽度變化的實(shí)際情況。根據(jù)海水的電導(dǎo)率取決于其溫度和鹽度的性質(zhì),通過(guò)測(cè)定其電導(dǎo)率和溫度就可以求得海水的鹽度。
1950年以后,電導(dǎo)鹽度計(jì)的研究和發(fā)展,使鹽度的測(cè)定方法得到簡(jiǎn)化,精密度也提高,比測(cè)定氯度后計(jì)算鹽度的方法,更加準(zhǔn)確和方便。因此,UNESCO、海洋考察理事會(huì)(ICES)、 海洋研究科學(xué)委員會(huì)(SCOR)和海洋物理科學(xué)學(xué)會(huì)(IAPSO)4個(gè)組織聯(lián)合發(fā)起,于1962年 5月召開(kāi)會(huì)議,成立了海水狀態(tài)方程式聯(lián)合小組。此小組于1963年第二次會(huì)議上改名為“海洋用表與標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合專家小組(JPOTS)”。經(jīng)過(guò)多次討論和研 究,為了保持歷史資料的統(tǒng)一性,將鹽度公式改為
S‰=1.80655Cl‰
R.A.考克斯等對(duì)采自各大洋和海區(qū)的135個(gè)水樣(深度在100米以內(nèi))的氯度值進(jìn)行了準(zhǔn)確的測(cè)定,按上述公式換算成鹽度,并測(cè)定了電導(dǎo)比R15,得到S‰與R15關(guān)系的多項(xiàng)式
S‰=-0.08996+28.2970R15+12.80832R215-10.67869R315+5.98624R415-1.32311R515
式中R15 為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和 15°C條件下海水樣品與S=35.000的標(biāo)準(zhǔn)海水電導(dǎo)率的比值。1966年,JPOTS推薦這多項(xiàng)式為海水鹽度定義。同年,UNESCO和英國(guó)國(guó)立海洋研究所出版的《海洋用表》,其中的鹽度數(shù)據(jù),就是采用上述測(cè)定電導(dǎo)率后換算成鹽度的方法。
3) 實(shí)用鹽度標(biāo)度 20世紀(jì)70年代以后,現(xiàn)場(chǎng)儀器如電導(dǎo)-溫度-深度儀(CTD)等的應(yīng)用,越來(lái)越多,而海洋用表(1966)中沒(méi)有包括10°C以下的鹽度數(shù)據(jù),致使低于10°C的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定結(jié)果,無(wú)法統(tǒng)一。此外,測(cè)定了1967~1969年制備的標(biāo)準(zhǔn)海水,還發(fā)現(xiàn)用電導(dǎo)法測(cè)得的鹽度,和從氯度換算得到的不一致,而出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)海水作為電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)的可靠性問(wèn)題。因此 JPOTS決定使用標(biāo)準(zhǔn)KCL溶液標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)海水,并推薦1978年實(shí)用鹽度標(biāo)度。
本來(lái),鹽度(SA)為海水中溶質(zhì)質(zhì)量和海水質(zhì)量的比值,但它實(shí)際上不能直接測(cè)定,故用K15定義海水的實(shí)用鹽度(S)來(lái)表達(dá)海洋觀測(cè)的結(jié)果。
S=a0+a1K1/215+a2K15+a3K3/215+a4K215+a5K5/215
a0=0.0080 a1=-0.1692
a2=25.3851 a3=14.0941
a4=-7.0261 a5=2.7081
Σai=35.0000 2≤S≤42
式中K15是在15°C和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的條件下,海水樣品電導(dǎo)率和質(zhì)量比為 32.4356×10-3的KCL溶液電導(dǎo)率的比值。當(dāng)K15準(zhǔn)確為1時(shí),S 恰好等于35。
實(shí)用鹽度值為過(guò)去鹽度值的1000倍,例如,過(guò)去鹽度值為 0.03512(即35.12‰),實(shí)用鹽度值則為35.12。
從定義的實(shí)用鹽度公式可以看出,氯度被看作是和實(shí)用鹽度無(wú)關(guān)的一個(gè)獨(dú)立變量。
實(shí)用鹽度的通用標(biāo)準(zhǔn)仍為標(biāo)準(zhǔn)海水,后者除標(biāo)有氯度值外,尚標(biāo)有K15值。
所以從上述文章的描述可以發(fā)現(xiàn),電導(dǎo)率,TDS,鹽度不是同一個(gè)概念,但是三者之間是有密切的關(guān)系的。