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电导率与电导率仪定义、工作原理及注意事项
  • 发布日期:2019-01-21      浏览次数:690
    •   电导仪是指以电化学测量方法测定电解质溶液的电导的仪器。在实验室中更是常见且不可或缺的仪器,所以,了解电导率仪的测定原理,熟悉电导率的含义,掌握电导率仪的测定方法可以使我们更好的实验。

        溶解于水的酸、碱、盐电解质,在溶液中解离成正、负离子,使电解质溶液具有导电能力,其导电能力大小可用电导率表示。了解电导率仪的测定原理,熟悉电导率的含义,掌握电导率仪的测定方法,测定过程中严格遵守操作规范并做好数据记录。

        首先,什么是电导率?

        电导率-物理学概念,也称为导电率。在介质中,电导率与电场强度E之积等于传导电流密度J。对于各向同性介质,电导率是标量;对于各向异性介质,电导率是张量。生态学中,电导率是以数字表示的溶液传导电流的能力。单位以西门子每米(S/m)表示。

        电导率(conductivity)是用来描述物质中电荷流动难易程度的参数。在公式中,电导率用希腊字母κ来表示。电导率σ的标准单位是西门子/米(简写做S/m),为电阻率ρ的倒数,即σ=1/ρ。

        当1安培(1 A)电流通过物体的横截面并存在1伏特(1 V)电压时,物体的电导就是1 S。西门子实际上等效于1安培/伏特。如果σ是电导(单位西门子),I是电流(单位安培),E是电压(单位伏特),则:σ = I/E

        通常,当电压保持不变时,这种直流电电路中的电流与电导成比例关系。如果电导加倍,则电流也加倍;如果电导减少到它初始值的1/10,电流也会变为原来的1/10。这个规则也适用于许多低频率的交流电系统,如家庭电路。在一些交流电电路中,尤其是在高频电路中,情况就变得非常复杂,因为这些系统中的组件会存储和释放能量。

        电导和电阻也有关系,如果R是一个组件和设备的电阻(单位欧姆Ω),电导为G(单位西门子S),则:G = 1/R

        物质的电导率因其结构和电导机制的不同,可以相差达几十个数量级(见表),故物质之为导体或非导体只是相对的概念。

        体积电导率:性质:又称比体积电阻。边长为1cm的立方体的体积电阻,以表示。表征绝缘介质电性能的主要指标。它与材料结构、组成、杂质含量、环境温度和湿度等有关。对陶瓷介质材料希望其数值越高越好。表达式为体积电阻率ρν=RV·(S/L)(式中,RV为测得的试样电阻值;S为电极面积;L为试样厚度),单位为Ω·cm。电导率是物体传导电流的能力。

        电导率的测量通常是溶液的电导率测量。固体导体的电阻率可以通过欧姆定律和电阻定律测量。电解质溶液电导率的测量一般采用交流信号作用于电导池的两电极板,由测量到的电导池常数K和两电极板之间的电导G而求得电导率σ。电导率测量中早采用的是交流电桥法,它直接测量到的是电导值。常用的仪器设置有常数调节器、温度系数调节器和自动温度补偿器,在一次仪表部分由电导池和温度传感器组成,可以直接测量电解质溶液电导率。

        电导率仪的测定原理

        电导率测量仪的测量原理是将两块平行的极板,放到被测溶液中,在极板的两端加上一定的电势(通常为正弦波电压),然后测量极板间流过的电流。根据欧姆定律,电导率(G)一电阻(R)的倒数,由导体本身决定的(图1)。

      图1 工作原理

        电导率的基本单位是西门子(S),原来被称为欧姆。因为电导池的几何形状影响电导率值,标准的测量中用单位电导率S/cm来表示,以补偿各种电极尺寸造成的差别。单位电导率(C)简单地说是所测电导率(G)与电导池常数(L/A)的乘积。这里的L为两块极板之间的液柱长度,A为极板的面积。

        水的电导率与其所含无机酸、碱、盐的量有一定关系。当它们的浓度较低时,电导率随浓度的增大而增加,因此,该指标常用于推测水中离子的总浓度或含盐量。不同类型的水有不同的电导率。新鲜蒸馏水的电导率为0.2~2uS/cm,但放置一段时间后,因吸收了CO2,增加到2~4uS/cm;超纯水的电导率小于0.1uS/cm;天然水的电导率多在50~500uS/cm之间,矿化水可达500~1000uS/cm;含酸、碱、盐的工业废水电导率往往超10000uS/cm;海水的电导率约为30000uS/cm。

        KCl标准溶液的制备

        1mol/LKCl标准溶液:准确称取在105℃干燥2h的优级纯KCl(或基准试剂)74.5515g,用新制备的二级试剂水(20±2℃)溶解后移入1000mL容量瓶中,并稀释至刻度,混匀。

        0.1mol/LKCl标准溶液:准确称取在105℃干燥2h的优级纯KCl(或基准试剂)7.4552g,用新制备的二级试剂水(20±2℃)溶解后移入1000mL容量瓶中,并稀释至刻度,混匀。

        0.01mol/LKCl标准溶液:准确称取在105℃干燥2h的优级纯KCl(或基准试剂)0.7455g,用新制备的二级试剂水(20±2℃)溶解后移入1000mL容量瓶中,并稀释至刻度,混匀。

        0.001mol/LKCl标准溶液:于使用前准确吸取0.01mol/LKCl标准溶液100mL,移入1000mL容量瓶中,用新制备的二级试剂水(20±2℃)稀释至刻度,混匀。以上KCl标准溶液,应放在聚乙烯塑料瓶或硬质玻璃瓶中,密封保存。这些KCl标准溶液在不同温度下的电导率见表1。

        表1 KCl标准溶液的电导率

        电导率仪的操作

        1.电导池常数的测定

        水样的电导率大小不同,应使用电导池常数不同的电极。不同电导率的水样可参照表2 选用不同电导池常数的电极。

        表2 电导池常数

        将选择好的电极用II级试剂水洗净,再用II级试剂水冲洗2~3次,浸泡在I级试剂水中备用。

        2.取50~100mL水样(温度25℃±5℃),放入塑料杯或硬质玻璃杯中,将电极用被测水样冲洗2~3次后,插入水样中进行电导率测定。重复取样测定2~3次,测定结果读数相对误差均在±3%以内,即为所测的电导率值,同时记录水样温度。

        3.对未知电导池常数的电极(或需要校正电导池常数时),可用该电极测定已知电导率的KCl标准溶液(25℃±5℃)的电导(表4-1)。然后按所测结果算出该电极的电导池常数。为了减少误差,应当选用电导率与待测水样相近的KCl标准溶液进行标定。电极的电导池常数按下式计算:

        K=G1/G2

        式中K—电极的电导池常数,cm-1 ;

        G1—KCl标准溶液的电导率,us/cm;

        G2—用未知电导池常数的电极测定KCl标准溶液的电导率,us/cm。

        结果计算

        使用温度传感器时,显示器的度数即为待测溶液25℃时的电导率。

        未使用温度传感器时,水样在非25℃时的电导率测定值应该按下式换算为25℃时的电导率值。

        Ks=Kt/1+a(t-25)

        式中Ks—25℃电导率,us/cm;

        Kt—测定时t温度下电导率;

        a—温度矫正系数,取0.022;

        t—测定时温度,℃。

        电导率仪使用时的注意事项

        1.在测量纯水或超纯水时为了避免测量值的漂移现象,建议采用密封槽进行在密封状态下的流动测量,如采用烧杯取样测量则会产生较大的误差。

        2.电极插头座应防止受潮,仪表应安置于干燥环境,避免因为水滴溅射或受潮引起仪表的漏电或测量误差。

        3.电极应该定期进行常数标定。

        4.因温度补偿系采用固定的2%的温度系数补偿的,所以对高纯水的测量尽量采用不补偿方式进行测量后查表。

        5.测量电极是精密部件,不可以分解,不可以改变电极形状和尺寸,且不可以用强酸、碱清洗,以免改变电极常数而影响仪表测量的准确性。

        6.为确保测量的精度,电极使用前应用小于0.5uS/cm的蒸馏水(或去离子水)冲洗二次(铂黑电极干放一段时间后在使用前必须在蒸馏水中浸泡一会儿),然后用被测试样冲洗三次后方可测量。

       

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