电导率测量和检测

准确的电导率、电阻率、盐度和 TDS 测量

使用电导率测量仪和探头可获得一系列相关参数的一致读数。Thermo Scientific Orion 台式电导率测量仪、便携式电导率测量仪和电导率探头适用于废水、饮用水、需要超纯水或去离子水的水质实验室应用、生产工艺（包括现场清洁、工业洗涤和冲洗水）、发电、采矿、医疗保健（包括注射用水）以及其他应用，例如水产养殖、食品和饮料。

何为电导率，为何要测量电导率？

电导率取决于离子浓度和温度。

从导电性极强的材料（如金属）到非导电材料（如塑料或玻璃），电导率是大多数材料的固有特性。在这两端之间是水溶液，如海水和电镀液。在金属中，电流由电子携带，而在水中则由带电离子携带。在这两种情况下，电导率均取决于电荷载体的数量、其移动速度和载体容量。因此，对于大多数水溶液而言，溶解盐中的离子浓度越高，电导率通常就越高。电导率将随着离子浓度的增加而升高，直到溶液变得过于拥挤，从而限制离子的自由移动。此后，电导率实际上可能会随着离子浓度的增加而降低。这可能导致两种不同浓度的盐具有相同的电导率。

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电导被定义为电阻的倒数，测量单位为西门子 (S)，此单位以前称为 mho（ohm 的反向拼写）。电导率是任何给定溶液的固有特性。测量结果是样品的电导，然后将其转换为电导率。这是通过使用已知电导率标准溶液测定每个装置的电导池常数 (K) 来完成的。

电导率 =（电导池电导 X 电导池常数）

电导池常数与测量单元的物理特性有关。对于由两个平坦、平行的测量电极组成的电导池，K 定义为两电极间隔距离 (d) 除以电极面积 (a)。

实际上，测量的电导池常数会（直接或通过用户校准）输入到测量仪中，从而计算并显示从电导到电导率的转换。

应用

电导率测量仪可测量水溶液中携带电流的离子容量。由于水溶液中的测量范围通常很小，所以基本测量单位是毫西门子/厘米 (mS/cm) 和微西门子/厘米 (μS/cm)。电导率被广泛用于测定生活用水、废水、水质检测以及工业用水中的杂质含量。采用这种方法的行业包括化学、半导体、发电、医院、纺织、钢铁、食品和饮料、采矿、电镀、制浆和造纸、石油和海洋工业。具体应用包括化学工艺、除盐出水、反渗透、蒸汽锅炉、冷凝返回水、废水、锅炉排污、冷却塔、脱盐、实验室分析、果实去皮以及海洋学中的盐度检测。下表列举了各种溶液及其已知电导率。

溶液	电导率
超纯水	0.055 μS/cm
电厂锅炉水	1.0 μS/cm
良好市政用水	50 μS/cm
海水	53 mS/cm
蒸馏水	0.5 μS/cm
去离子水	0.1 - 10 μS/cm
除盐水	0 -80 μS/cm
饮用水	0.5 - 1 mS/cm
废水	0.9 - 9 mS/cm
海水	53 mS/cm
10% HCI	700,000 μS/cm
32% HCI	700,000 μS/cm
31% HNO3	865 mS/cm
*mS/cm = 毫西门子/厘米 μS/cm = 微西门子/厘米

我们可以通过测量电导率，判断水溶样品中含有的可溶性离子量，从而将其作为衡量水质的测量指标
尽管电导率测量通常很简单，但如果没有考虑到温度会严重影响所得数据的有效性。应用温度补偿是一种将温度影响考虑在内的方法，有助于确保测量结果的可靠性和准确性。温度补偿使用样品的原始电导率和温度读数，并应用相关系数或算法来计算和报告样品在选定参考温度下的电导率值。当在25摄氏度报告时，这被称为比电导。

何为电阻率，为何要测量电阻率？

溶液的电阻率描述了它抵抗电流的强度；换言之，它是电导率的倒数。测量电阻率的另一个常见应用是在制备超纯水时。超纯水的电阻率很高（25°C 时>18.18 MΩ·cm），因此电导率很低（25°C时为 0.055 µS/cm），只有使用电导率探头和测量仪才能准确测量，以确保其无法导电。

这是在使用或制作纯水（如，去离子水、蒸馏水或反渗透水）时需要测量的一项重要参数。根据应用，纯化水也可以被称为试剂级水、试剂级水、临床实验室试剂级水或 I 级水。其他术语可能适用，具体取决于纯度。超纯水的电阻率很高（25°C 时>18.18 MΩ·cm），因此电导率很低（25°C时为 0.055 µS/cm）。超纯水常用于实验室、制药、半导体或锅炉应用。

观看网络讲座，了解电导率如何影响超纯水制作的更多信息：谣言与真相：超纯水的 pH 值和电导率。

有机化合物	电导率，µS/cm	温度 (°C)
甲酸 (4.94%)	5500	18
醋酸 (50%)	740	18
乳胶漆	700	25
水，纽约市	72	25
玉米糖浆	16	32
乙腈	7	20
伏特加，100标准酒精度	4	25
异丙醇	3.5	25
糖溶液，纯	3	10
苄醇	1.8	25
甲醇	0.44	18
乙二醇	0.30	25
甘油	0.064	25
醋酸 (99.7%)	0.040	18
乙醇	<0.010	25
油类：菜油、燃油、100% 生物柴油	<0.010	25
漆，搪瓷	<0.010	25

何为总溶解固体，为何要测量总溶解固体？

术语总溶解固体 (TDS) 是指溶解在水中的矿物质、盐和/或金属的总量。

当饮用水的 TDS 含量很高时，喝起来会很不舒服；因此，许多国家已经制定了饮用水中 TDS 的建议上限水平。TDS 还用于监测流域水源水的质量，如河流、湖泊和池塘。高 TDS 可指示硬水、微咸水或盐水，以及/或者水体的营养物负荷。硬水可能不适用于工业、水族馆、水疗中心、游泳池和反渗透水处理系统。微咸水或盐水可能不适合农业、水培和水产养殖。营养物质负荷可能会损害水体的健康，并影响其作为饮用水源的使用

TDS 通常通过重量分析、化学分析或电导率测定。

重量分析 – 重量分析方案要求将一定体积的过滤样品在约 100°C 下蒸发至干，然后在 180°C 下干燥至恒重。培养皿重量的增加表示过滤样品单位体积的总溶解固体。
化学分析 – 化学分析方案要求测量样品的主要离子（如钠、钾、钙、镁、氯化物、硫酸盐、磷酸盐和氟化物）以及其他参数，如硝酸盐和碱度。结果用于计算 TDS。
导电率 – 电导率方案只需要进行电导率测量。此测量值乘以一个系数，该系数遵循以下简单公式，即 TDS = k EC（在 25°C下），其中 k 是被测水类型的函数，EC 是电导率。

在三种常见的 TDS 测量方案中，只有电导率适用于现场检测和连续监测。此外，它的测量速度更快、更简单，只需很少的培训便能获得良好结果。

使用 Orion Star 便携式电导率测量仪、Versa Star Pro 或 Orion Star A 台式测量仪以及 Orion 电导率探头，很容易便能获得样品估算 TDS 值的测量值（以 mg/L 为单位）。测量仪会自动读取电导率，然后乘以选定 TDS 系数。数据可以自动或手动存储在测量仪内存中，以备日后下载。

导电率与温度

	毫西门子/厘米		微西门子/厘米
温度 (°C)	111.9mS/cm 电导率标准液 (mS/cm)	12.9mS/cm 电导率标准液 (mS/cm)	1413µS/cm 电导率标准液 (µS/cm)	147µS/cm 电导率标准液 (µS/cm)	100µS/cm 电导率标准液 (µS/cm)
0	65.10	7.135	776	81	54
1	66.84	7.344	799	83	56
2	68.59	7.555	822	86	58
3	70.35	7.768	846	88	59
4	72.12	7.983	870	91	61
5	73.91	8.200	894	93	63
6	75.70	8.418	918	96	64
7	77.50	8.638	943	98	66
8	79.32	8.860	968	101	68
9	81.15	9.084	992	103	70
10	82.98	9.309	1017	106	72
11	84.83	9.535	1043	108	73
12	86.69	9.763	1068	111	75
13	88.56	9.993	1094	114	77
14	90.45	10.22	1119	116	79
15	92.34	10.46	1145	119	81
16	94.24	10.69	1171	122	83
17	96.15	10.93	1198	125	85
18	98.08	11.16	1224	127	87
19	100.0	11.40	1251	130	88
20	102.0	11.64	1277	133	90
21	103.9	11.88	1304	136	92
22	105.9	12.12	1331	138	94
23	107.9	12.36	1358	141	96
24	109.9	12.61	1386	144	98
25	111.9	12.85	1413	147	100
26	113.9	13.10	1441	150	102
27	115.9	13.35	1468	153	104
28	117.9	13.59	1496	156	106
29	120.0	13.84	1524	159	108
30	122.0	14.09	1552	161	110
31	124.1	14.34	1580	164	112
32	126.2	14.59	1608	167	114
33	128.3	14.85	1636	170	117
34	130.4	15.10	1665	173	119
35	132.5	15.35	1693	176	121
36	134.6	15.61	1722	179	123
37	136.7	15.86	1751	182	125
38	138.9	16.12	1780	185	127
39	141.0	16.37	1808	188	129
40	143.2	16.63	1837	191	131
41	145.4	16.89	1866	194	134
42	147.6	17.15	1896	197	136
43	149.8	17.40	1925	200	138
44	152.0	17.66	1954	203	140
45	154.2	17.92	1983	206	142
46	156.4	18.18	2013	209	145
47	158.7	18.44	2042	212	147
48	160.9	18.70	2071	215	149
49	163.2	18.96	2101	219	151
50	165.4	19.22	2130	222	154

何为盐度，为何要测量盐度？

由于具有高灵敏度且易于测量，电导率被认为是测定海水盐度较常用的方法。当海洋学家采用实际盐度量表时，他们对盐度的定义如下：在1个标准大气压下，15℃的环境温度下，盐度为35 (S = 35) 的海水与 1 kg 含32.4356克氯化钾的溶液的电导率比为1。这个盐度值是通过对海水样品广泛检测确定的。因此，实际盐度读数是基于标准氯化钾 (KCl) 溶液的相对值。

由于盐度是一个比值，所以测量值是无量纲值，没有单位。但是，盐度通常以“实际盐度单位”或 psu 的单位报告，或以“千分之一”或 ppt 的传统单位报告。

正确校准后，电导率探头和测量仪可用于确定海水和微咸河口水中的盐度。盐水或灌溉水等含盐溶液可以使用 TDS 模式进行更好的测量。Orion 电导率测量仪根据公认的惯例，使用补偿到15°C的海洋学方程式自动计算盐度。当使用具有集成温度传感器的 Orion 电导率探头和电导率测量仪（如 Orion Star A 便携式测量仪或 Orion Versa Star Pro 台式测量仪)时，盐度可根据用户偏好报告为实际盐度单位 (psu) 或千分之一 (ppt)。

准确测量电导率、电阻率、TDS 和盐度的提示

虽然电导率测量通常简单易行，但仍难免存在影响所得数据有效性的错误。理解并规避常见的测量错误，可确保您获得准确且可重现的读数。

测量电导率时要考虑的 10 个因素

使用合适的电导率电极。样品成分、使用场所（即，现场耐用性需求）和水样纯度都会影响您选择的电导率传感器的类型。选择合适的电导率探头 ›
了解并预测温度的影响。样品温度对电导率测量结果的影响很大。
准确使用温度补偿 (TC) 功能。温度补偿 (TC) 功能将计算并显示所选参考温度下的电导率。如果关闭 TC 功能，则显示的值是该温度下的实际电导率。
谨慎设置温度补偿设置。是否应用 TC 或选用哪种选 TC，都会影响读数的准确性。
仅在温度达到平衡后才可进行电导率读数。电导率受温度影响，因此必须等待电导率传感器达到与样品相同的温度。
尽量减少使用多点精细校准功能。根据 ASTM，在代表性电导率下对电导池常数进行单点校准就足以获得准确的电导率读数。如果样品覆盖的电导率范围较大，则可设置一个或多个点校准。
处理低电导率样品时，请务必小心谨慎。样品的稳定性和纯度及其处理方式会影响样品读数的准确性。低电导率样品很容易受到污染、CO₂ 吸收和脱气的影响。
避免设置电导率太低的校准标准液。低电导率标准液容易受到污染，从而影响其成功使用。通过在 100 µS/cm 及以上条件下校准可以实现更高的精度。
遵循电导率传感器的保存和维护准则。电导率传感器长期和短期保存不当会改变其表面，从而对其性能产生不利影响。
了解如何计算电阻率、总溶解固体 (TDS) 或盐度系数。电导率读数可用于通过测量仪设置应用相关函数，来确定样品中这些参数的估计值。该测量仪将提供准确的电导率和电阻率测量，但 TDS 和盐度值是一个估计值，因为真实的 TDS 是通过重量检测确定的。