溶解性总固体与电导率关系实验研究

闫定国 王明明 胡守东 宗存斌 黄浩

摘  要：溶解性总固体（TDS）是反映水质的重要指标之一，通过测量水的电导率（EC）能够间接判断水中溶解性总固体的量。为了研究水中溶解性总固体与电导率之间的定量关系，测定了不同浓度的氯化钠溶液和硫酸铜溶液的电导率，定量分析了溶解性总固体与电导率之间的关系。结果表明：氯化钠溶液和硫酸铜溶液的电导率随溶解性总固体量的增加而增大，氯化钠溶液电导率与溶解性总固体之间呈线性变化关系，溶解性总固体与电导率之间的比例系数为0.322。硫酸铜溶液电导率在溶液浓度较低时，溶解性总固体量与电导率之间近似成线性关系，比例系数为0.801，但随着硫酸铜溶液浓度增大，电导率与溶解性总固体之间呈现二次多项式关系，且电导率随溶解性总固体量的增加而增大的速率减小。

关键词：电导率  溶解性总固体  氯化钠溶液  硫酸铜溶液

中图分类号：R123                              文献标识码：A                   文章编号：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

隨着工农业的发展，水污染问题愈发严重，国家对水质的监测也越来越重视。溶解性总固体（TDS）是反映水质的重要指标之一[1]，被广泛应用于生活用水、河流和湖泊的水质监测。传统的TDS测量方法通常需要将水样过滤后在指定温度下反复烘干称重固体残留物后得到，此方法通常在实验室进行操作且步骤繁琐、耗时较长，不便于及时获得检测结果[2]，而且方法本身存在问题，例如当加热蒸发干燥时，原来溶解于水中的碳酸氢盐离子随着CaCO3的形成而生成CO2消失，使测量结果存在较大误差。

前人研究发现，溶液的电导率（EC）通常与TDS呈线性关系[3-4]，TDS越高，EC越大。TDS与EC的关系可根据公式来计算，其中为比例常数。目前检测水中TDS的水质检测仪，大多是利用该关系式进行测量的，但实际应用中比例常数常随溶液中TDS成分差异而变化[5-6]。为了探究TDS与EC之间的关系，采用电导率仪测量不同浓度的氯化钠溶液和硫酸铜溶液的电导率，进而分析溶液中TDS与EC之间的关系。

1  材料与方法

1.1 仪器与试剂

电导率测量采用EZ-9908型电导率仪，电导率测量的分辨率为1μs/cm，温度测量采用水银温度计，分辨率为0.1℃。试剂采用氯化钠（国药集团化学试剂有限公司）、五水合硫酸铜（国药集团化学试剂有限公司）、超纯水（Milli-Q制备）。

1.2 溶液的制备

利用万分之一天平称取5.0mg氯化钠，加入到50ml超纯水的量杯中，用玻璃棒搅拌10min使氯化钠均匀溶解于水中，配制成100.00mg/L的氯化钠溶液，在此溶液基础上每次加入50ml超纯水，对溶液进行稀释，配制成不同浓度的氯化钠溶液待用。利用万分之一天平称取100.0mg五水合硫酸铜，加入到50ml超纯水的量杯中，用玻璃棒搅拌10min使硫酸铜均匀溶解于水中，配制成1278.49mg/L的硫酸铜溶液，在此溶液基础上每次加入50ml超纯水，对溶液进行稀释配制成不同浓度的硫酸铜溶液待用。

1.3 样品测定

对不同浓度的氯化钠溶液和硫酸铜溶液利用电导率仪分别测定其电导率，同时用水银温度计测量溶液温度并做好记录。在每次测量完成后，将电导率仪的电极放入超纯水中充分清洗，待电极干燥后，然后进行下一次测量，以免附着在电极上的溶液对下次测量产生影响，从而影响实验数据的准确性。

2  实验结果与分析

2.1 氯化钠溶液电导率随溶液浓度变化规律

从图1可以看出电导率随氯化钠溶液浓度增大而呈线性增大趋势，对曲线进行拟合得到电导率与氯化钠溶液浓度之间的关系为，其中为氯化钠溶液电导率，为氯化钠溶液浓度，相关系数为0.99。由于电阻率与电导率之间互为倒数关系，可得到氯化钠溶液电阻率随溶液浓度变化曲线如图2所示，可以看出氯化钠溶液电阻率随浓度增大而呈幂指数关系逐渐减小，对曲线进行拟合得到电阻率与氯化钠溶液浓度之间的关系为，其中为氯化钠溶液电阻率，为氯化钠溶液浓度，相关系数为0.99。

2.2 硫酸铜溶液电导率随溶液浓度变化规律

硫酸铜溶液电导率随溶液浓度变化曲线如图3，可以看出硫酸铜溶液电导率随硫酸铜浓度增加而呈增大趋势。当硫酸铜溶液浓度较低（≤300mg/L）时，对曲线进行拟合得到电导率与硫酸铜溶液浓度之间的关系为，其中为硫酸铜溶液电导率，为硫酸铜溶液浓度，相关系数为0.98。当硫酸铜溶液浓度继续增大时，电导率增加的速率随溶液浓度的增大逐渐减小，曲线的变化趋势更趋近于二次多项式，其中为硫酸铜溶液电导率，为硫酸铜溶液浓度，相关系数为0.96。硫酸铜溶液电阻率随硫酸铜浓度变化曲线如图4所示，可以看出电阻率随硫酸铜溶液浓度增大而呈幂指数关系逐渐减小，对曲线进行拟合得到电阻率与硫酸铜溶液浓度之间的关系为，其中其中为硫酸铜溶液电阻率，为硫酸铜溶液浓度，相关系数为0.99。

2.3 溶解性总固体与电导率的关系

实验中溶液成分为超纯水和离子化合物（氯化钠、硫酸铜），无其他无机化合物或有机物，因此，实际溶液的TDS等于氯化钠或硫酸铜在溶液中的浓度。所以，TDS与EC间的关系即是溶液浓度与电导率之间的关系。因此，通过以上实验可以看出，氯化钠溶液的EC随TDS的增加具有明显的增大趋势。氯化钠溶液TDS与EC之间近似呈线性变化关系，TDS与EC之间的比例系数等于0.322。硫酸铜溶液在TDS较低时TDS与EC近似呈线性关系，TDS与EC之间的比例系数等于0.801，但随着TDS增大，TDS与EC之间呈现二次多项式关系，且EC随TDS的增加而增大的速率减小。出现这种现象的原因主要有两个，一是浓度较高的硫酸铜溶液中离子间相互作用使得离子的活度降低。另一方面，随着硫酸铜溶液浓度增加，溶液导电能力增强的同时电极极化效应也增大。TDS与电阻率之间的关系相对要简单，氯化钠溶液和硫酸铜溶液的TDS与电阻率之间的关系可近似用幂指数关系来表示。

3  结语

（1）氯化钠溶液的电导率随着溶解性总固体量的增加具有明显的增大趋势。氯化钠溶液电导率与溶解性总固体之间呈线性变化关系，溶解性总固体与电导率之间的比例系数为0.322。

（2）硫酸铜溶液电导率在溶解性总固体量较低时近似与溶解性总固体呈线性关系，溶解性总固体与电导率之间的比例系数为0.801，但随着溶解性总固体量增大，溶解性总固体与电导率之间呈现二次多项式关系，且电导率随溶解性总固体量的增加而增大的速率减小。

（3）溶解性总固体含量较高时，受极化效应和离子活度下降影响，溶解性总固体与电导率之间可呈现非线性关系，因此，实际应用电导率仪测定溶解性总固体时需要考虑对这两种影响因素进行校正。

参考文献

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