在水質(zhì)檢測標(biāo)準(zhǔn)中經(jīng)??梢钥吹诫妼?dǎo)率,TDS,鹽度等標(biāo)準(zhǔn),不少人對他們的定義不是很了解,甚至有認(rèn)為三者是同一個概念。今天我們就來了解下電導(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,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)定一個共同的參考溫度。
2)摻雜程度: 增加摻雜程度會造成高電導(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,或其它會分解為電解質(zhì)的化學(xué)雜質(zhì)。水樣本的電導(dǎo)率是測量水的含鹽成分、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)率時常以電導(dǎo)系數(shù)來紀(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)會有異向性(anisotropic) 的電導(dǎo)率,必需用 3 X 3 矩陣來表達(使用數(shù)學(xué)術(shù)語,第二階張量,通常是對稱的)
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,包括無機物和有機物兩者的含量。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。在無機物中,除開溶解成離子狀的成分外,還可能有呈分子狀的無機物。由于天然水中所含的有機物以及呈分子狀的無機物一般可以不考慮,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,有時候TDS也可以用來表示電導(dǎo)率,兩者的關(guān)系:1TDS=2μS
其中μS為電導(dǎo)率的單位。
國家標(biāo)準(zhǔn)GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中對飲用自來水的溶解性總固體(TDS)有限量要求:溶解性總固體≤1000mg/L
三、鹽度:
鹽度的定義經(jīng)歷了幾個階段,
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,所有的有機物質(zhì)全部氧化之后所含固體物質(zhì)的總數(shù)。其測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,zui后稱所剩余固體物質(zhì)的重量。
用上述的稱量方法測量海水鹽度,操作十分復(fù)雜,測一個樣品要花費幾天的時間,不適用于海洋調(diào)查,因此,在實踐中都是測定海水的氯度,根據(jù)海水的組成恒定性規(guī)律,來間接計算鹽度。
克紐森的鹽度公式使用時,用統(tǒng)一的硝酸銀滴定法和海洋常用表,在實際工作中顯示了極大的優(yōu)越性,一直使用了70年之久。但是,在長期使用中也發(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。于是人們尋求更精確更快速的方法。
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)時所取的水樣,多數(shù)為波羅的海表層水,難以代表整個大洋水的規(guī)律。實際上,關(guān)系式中的常數(shù)項 0.030,不符合大洋海水鹽度變化的實際情況。根據(jù)海水的電導(dǎo)率取決于其溫度和鹽度的性質(zhì),通過測定其電導(dǎo)率和溫度就可以求得海水的鹽度。
1950年以后,電導(dǎo)鹽度計的研究和發(fā)展,使鹽度的測定方法得到簡化,精密度也提高,比測定氯度后計算鹽度的方法,更加準(zhǔn)確和方便。因此,聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)、國際海洋考察理事會(ICES)、 海洋研究科學(xué)委員會(SCOR)和國際海洋物理科學(xué)學(xué)會(IAPSO)4個國際組織聯(lián)合發(fā)起,于1962年 5月召開會議,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.考克斯等對采自各大洋和海區(qū)的135個水樣(深度在100米以內(nèi))的氯度值進行了準(zhǔn)確的測定,按上述公式換算成鹽度,并測定了電導(dǎo)比R15,得到S‰與R15關(guān)系的多項式
S‰=-0.08996+28.2970R15+12.80832R215-10.67869R315+5.98624R415-1.32311R515
式中R15 為一個標(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推薦這多項式為海水鹽度定義。同年,聯(lián)合國教科文組織和英國國立海洋研究所出版的《國際海洋用表》,其中的鹽度數(shù)據(jù),就是采用上述測定電導(dǎo)率后換算成鹽度的方法。
3) 實用鹽度標(biāo)度 20世紀(jì)70年代以后,現(xiàn)場儀器如電導(dǎo)-溫度-深度儀(CTD)等的應(yīng)用,越來越多,而國際海洋用表(1966)中沒有包括10°C以下的鹽度數(shù)據(jù),致使低于10°C的現(xiàn)場測定結(jié)果,無法統(tǒng)一。此外,測定了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)的可靠性問題。因此 JPOTS決定使用標(biāo)準(zhǔn)氯化鉀溶液標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)海水,并推薦1978年實用鹽度標(biāo)度。
本來,絕對鹽度(SA)為海水中溶質(zhì)質(zhì)量和海水質(zhì)量的比值,但它實際上不能直接測定,故用K15定義海水的實用鹽度(S)來表達海洋觀測的結(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的氯化鉀溶液電導(dǎo)率的比值。當(dāng)K15準(zhǔn)確為1時,S 恰好等于35。
實用鹽度值為過去鹽度值的1000倍,例如,過去鹽度值為 0.03512(即35.12‰),實用鹽度值則為35.12。
從定義的實用鹽度公式可以看出,氯度被看作是和實用鹽度無關(guān)的一個獨立變量。
實用鹽度的通用標(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,鹽度不是同一個概念,但是三者之間是有密切的關(guān)系的。
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