溶解性總固體與電導(dǎo)率關(guān)系實驗研究

閆定國 王明明 胡守東 宗存斌 黃浩

摘? 要：溶解性總固體（TDS）是反映水質(zhì)的重要指標(biāo)之一，通過測量水的電導(dǎo)率（EC）能夠間接判斷水中溶解性總固體的量。為了研究水中溶解性總固體與電導(dǎo)率之間的定量關(guān)系，測定了不同濃度的氯化鈉溶液和硫酸銅溶液的電導(dǎo)率，定量分析了溶解性總固體與電導(dǎo)率之間的關(guān)系。結(jié)果表明：氯化鈉溶液和硫酸銅溶液的電導(dǎo)率隨溶解性總固體量的增加而增大，氯化鈉溶液電導(dǎo)率與溶解性總固體之間呈線性變化關(guān)系，溶解性總固體與電導(dǎo)率之間的比例系數(shù)為0.322。硫酸銅溶液電導(dǎo)率在溶液濃度較低時，溶解性總固體量與電導(dǎo)率之間近似成線性關(guān)系，比例系數(shù)為0.801，但隨著硫酸銅溶液濃度增大，電導(dǎo)率與溶解性總固體之間呈現(xiàn)二次多項式關(guān)系，且電導(dǎo)率隨溶解性總固體量的增加而增大的速率減小。

關(guān)鍵詞：電導(dǎo)率? 溶解性總固體? 氯化鈉溶液? 硫酸銅溶液

中圖分類號：R123? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）09（c）-0082-04

Abstract： The total dissolved solids is one of the important indicators to measure the water quality. The amount of total dissolved solids in water can be judged indirectly by measuring the electrical conductivity of water. In order to study the quantitative relationship between the total dissolved solids and the conductivity， the conductivity of sodium chloride solution and copper sulfate solution with different concentrations was measured， and the relationship between the total dissolved solids and the conductivity was analyzed. The results showed that the conductivity of sodium chloride solution and copper sulfate solution showed an increasing trend with the increase of the total dissolved solids， and the relationship between the conductivity of sodium chloride solution and the total dissolved solids presented a linear change， and the ratio coefficient between the total dissolved solids and the conductivity was 0.322. When the solution concentration of copper sulfate is low， the relationship between the total dissolved solids and the conductivity is approximately linear， and the proportional coefficient is 0.801， but as the copper sulfate solution concentration increases， conductivity and solubility presents quadratic polynomial relation between total dissolved solids and electrical conductivity， and the rate of increase of the conductivity decreases with the increase of the total dissolved solids.

Key Words： Electrical conductivity; Total dissolved solids; Sodium chloride solution; Copper sulfate solution

隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，水污染問題愈發(fā)嚴(yán)重，國家對水質(zhì)的監(jiān)測也越來越重視。溶解性總固體（TDS）是反映水質(zhì)的重要指標(biāo)之一[1]，被廣泛應(yīng)用于生活用水、河流和湖泊的水質(zhì)監(jiān)測。傳統(tǒng)的TDS測量方法通常需要將水樣過濾后在指定溫度下反復(fù)烘干稱重固體殘留物后得到，此方法通常在實驗室進行操作且步驟繁瑣、耗時較長，不便于及時獲得檢測結(jié)果[2]，而且方法本身存在問題，例如當(dāng)加熱蒸發(fā)干燥時，原來溶解于水中的碳酸氫鹽離子隨著CaCO3的形成而生成CO2消失，使測量結(jié)果存在較大誤差。

前人研究發(fā)現(xiàn)，溶液的電導(dǎo)率（EC）通常與TDS呈線性關(guān)系[3-4]，TDS越高，EC越大。TDS與EC的關(guān)系可根據(jù)公式來計算，其中為比例常數(shù)。目前檢測水中TDS的水質(zhì)檢測儀，大多是利用該關(guān)系式進行測量的，但實際應(yīng)用中比例常數(shù)常隨溶液中TDS成分差異而變化[5-6]。為了探究TDS與EC之間的關(guān)系，采用電導(dǎo)率儀測量不同濃度的氯化鈉溶液和硫酸銅溶液的電導(dǎo)率，進而分析溶液中TDS與EC之間的關(guān)系。

1? 材料與方法

1.1 儀器與試劑

電導(dǎo)率測量采用EZ-9908型電導(dǎo)率儀，電導(dǎo)率測量的分辨率為1μs/cm，溫度測量采用水銀溫度計，分辨率為0.1℃。試劑采用氯化鈉（國藥集團化學(xué)試劑有限公司）、五水合硫酸銅（國藥集團化學(xué)試劑有限公司）、超純水（Milli-Q制備）。

1.2 溶液的制備

利用萬分之一天平稱取5.0mg氯化鈉，加入到50ml超純水的量杯中，用玻璃棒攪拌10min使氯化鈉均勻溶解于水中，配制成100.00mg/L的氯化鈉溶液，在此溶液基礎(chǔ)上每次加入50ml超純水，對溶液進行稀釋，配制成不同濃度的氯化鈉溶液待用。利用萬分之一天平稱取100.0mg五水合硫酸銅，加入到50ml超純水的量杯中，用玻璃棒攪拌10min使硫酸銅均勻溶解于水中，配制成1278.49mg/L的硫酸銅溶液，在此溶液基礎(chǔ)上每次加入50ml超純水，對溶液進行稀釋配制成不同濃度的硫酸銅溶液待用。

1.3 樣品測定

對不同濃度的氯化鈉溶液和硫酸銅溶液利用電導(dǎo)率儀分別測定其電導(dǎo)率，同時用水銀溫度計測量溶液溫度并做好記錄。在每次測量完成后，將電導(dǎo)率儀的電極放入超純水中充分清洗，待電極干燥后，然后進行下一次測量，以免附著在電極上的溶液對下次測量產(chǎn)生影響，從而影響實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2? 實驗結(jié)果與分析

2.1 氯化鈉溶液電導(dǎo)率隨溶液濃度變化規(guī)律

從圖1可以看出電導(dǎo)率隨氯化鈉溶液濃度增大而呈線性增大趨勢，對曲線進行擬合得到電導(dǎo)率與氯化鈉溶液濃度之間的關(guān)系為，其中為氯化鈉溶液電導(dǎo)率，為氯化鈉溶液濃度，相關(guān)系數(shù)為0.99。由于電阻率與電導(dǎo)率之間互為倒數(shù)關(guān)系，可得到氯化鈉溶液電阻率隨溶液濃度變化曲線如圖2所示，可以看出氯化鈉溶液電阻率隨濃度增大而呈冪指數(shù)關(guān)系逐漸減小，對曲線進行擬合得到電阻率與氯化鈉溶液濃度之間的關(guān)系為，其中為氯化鈉溶液電阻率，為氯化鈉溶液濃度，相關(guān)系數(shù)為0.99。

2.2 硫酸銅溶液電導(dǎo)率隨溶液濃度變化規(guī)律

硫酸銅溶液電導(dǎo)率隨溶液濃度變化曲線如圖3，可以看出硫酸銅溶液電導(dǎo)率隨硫酸銅濃度增加而呈增大趨勢。當(dāng)硫酸銅溶液濃度較低（≤300mg/L）時，對曲線進行擬合得到電導(dǎo)率與硫酸銅溶液濃度之間的關(guān)系為，其中為硫酸銅溶液電導(dǎo)率，為硫酸銅溶液濃度，相關(guān)系數(shù)為0.98。當(dāng)硫酸銅溶液濃度繼續(xù)增大時，電導(dǎo)率增加的速率隨溶液濃度的增大逐漸減小，曲線的變化趨勢更趨近于二次多項式，其中為硫酸銅溶液電導(dǎo)率，為硫酸銅溶液濃度，相關(guān)系數(shù)為0.96。硫酸銅溶液電阻率隨硫酸銅濃度變化曲線如圖4所示，可以看出電阻率隨硫酸銅溶液濃度增大而呈冪指數(shù)關(guān)系逐漸減小，對曲線進行擬合得到電阻率與硫酸銅溶液濃度之間的關(guān)系為，其中其中為硫酸銅溶液電阻率，為硫酸銅溶液濃度，相關(guān)系數(shù)為0.99。

2.3 溶解性總固體與電導(dǎo)率的關(guān)系

實驗中溶液成分為超純水和離子化合物（氯化鈉、硫酸銅），無其他無機化合物或有機物，因此，實際溶液的TDS等于氯化鈉或硫酸銅在溶液中的濃度。所以，TDS與EC間的關(guān)系即是溶液濃度與電導(dǎo)率之間的關(guān)系。因此，通過以上實驗可以看出，氯化鈉溶液的EC隨TDS的增加具有明顯的增大趨勢。氯化鈉溶液TDS與EC之間近似呈線性變化關(guān)系，TDS與EC之間的比例系數(shù)等于0.322。硫酸銅溶液在TDS較低時TDS與EC近似呈線性關(guān)系，TDS與EC之間的比例系數(shù)等于0.801，但隨著TDS增大，TDS與EC之間呈現(xiàn)二次多項式關(guān)系，且EC隨TDS的增加而增大的速率減小。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要有兩個，一是濃度較高的硫酸銅溶液中離子間相互作用使得離子的活度降低。另一方面，隨著硫酸銅溶液濃度增加，溶液導(dǎo)電能力增強的同時電極極化效應(yīng)也增大。TDS與電阻率之間的關(guān)系相對要簡單，氯化鈉溶液和硫酸銅溶液的TDS與電阻率之間的關(guān)系可近似用冪指數(shù)關(guān)系來表示。

3? 結(jié)語

（1）氯化鈉溶液的電導(dǎo)率隨著溶解性總固體量的增加具有明顯的增大趨勢。氯化鈉溶液電導(dǎo)率與溶解性總固體之間呈線性變化關(guān)系，溶解性總固體與電導(dǎo)率之間的比例系數(shù)為0.322。

（2）硫酸銅溶液電導(dǎo)率在溶解性總固體量較低時近似與溶解性總固體呈線性關(guān)系，溶解性總固體與電導(dǎo)率之間的比例系數(shù)為0.801，但隨著溶解性總固體量增大，溶解性總固體與電導(dǎo)率之間呈現(xiàn)二次多項式關(guān)系，且電導(dǎo)率隨溶解性總固體量的增加而增大的速率減小。

（3）溶解性總固體含量較高時，受極化效應(yīng)和離子活度下降影響，溶解性總固體與電導(dǎo)率之間可呈現(xiàn)非線性關(guān)系，因此，實際應(yīng)用電導(dǎo)率儀測定溶解性總固體時需要考慮對這兩種影響因素進行校正。

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