【和泰小讲堂】水的纯度表示方法 / 开普饭

水的纯度表示方法

在水中，将距离1cm的两片表面积为1cm²大小的电极加以通电，来监测两极间的导电率，通过所加电压和测得的电流能够获知两极间的电阻值，这个数值在水质分析中通常被称为电阻率或比电阻，其单位用MΩ.cm(mega ohm-centimeter)来表示。

电阻率的倒数称为导电率或电导率，用μs/cm(micro siemens per centimeter)来表示。这两个参数是表示水的纯度的最常用参数。

将自来水中的离子去除，会使得电阻率值升高（导电率降低），但并非无限制的增加，这是因为部分水分子会电离为氢离子和氢氧根离子，其电阻率值极限值18.248MΩ.cm(25℃)。此外，电阻率值会随着水的电离常数而改变，因而会受到水温的影响。例如，25℃的超纯水，其电阻值为18.2MΩ.cm,但在0℃则为84.2MΩ.cm, 100 ℃则为1.3MΩ.cm。在25℃附近，当温度上升1℃，其电阻值将下降0.84MΩ.cm。因此，多使用补偿至25℃的电阻率值来做衡量标准。

此外像总有机炭含量（TOC），热源/内毒素含量，细菌含量，颗粒含量，微生物含量，总溶解固体含量（TDS）等也常常被用作补充说明水质的重要参数。因此，水的纯度标准通常由以上这些参数的一项或几项来综合说明、分级。

其他说明

1、水的电阻率

在测定水的导电性时，与水的电阻值大小有关，电阻值大，导电性能差，电阻值小，导电性能就良好。根据欧姆定律，在水温一定的情况下，水的电阻值R大小与电极的垂直截面积F成反比，与电极之间的距离L成正比，

如下式：R=ρ·L/F

式中ρ--电阻率，或称比电阴。电阴的单位为欧姆（欧，代号Ω），或用微欧（μΩ），1Ω等于10⁶μΩ；电阻率的国际制（SI）单位为欧米（Ω·m ）。如果电极的截面积F做成1cm²，两电极间的距离L为1cm，那么电阻值就等于电阻率。水的电阻率的大小，与水中含盐量的大小、水中离子浓度、离子的电荷数以及离子的运动速度有关。因此，纯净的水电阻率很大，超纯水电阻率就更大。水越纯，电阻率越大。

2、电导率

电阻率的倒数即称之为电导率L。在液体中常以电阻的倒数--电导来衡量其导电能力的大小。

电导L的计算式如下式所示：L=l/R=S/l，

电导的单位用姆欧又称西门子。用S表示，由于S单位太大。常采用毫西门子，微西门子单位1S=10³mS=10⁶μS。

温度对电导的影响

溶液的电阻是随温度升高而减小，即溶液的浓度一定时，它的电导率随着温度的升高而增加，其增加的幅度约为2%°C-1。另外同一类的电解质，当浓度不同时，它的温度系数也不一样。在低浓度时，电导率的温度之间的关系用下式表示：L1=L0[1 α(t-t0) β(t-t0)2]由于第二项β(t-t0)2之值较小，可忽略不计。在低温时的电导率与温度的关系可用以下近似值L1=L0[1 α(t-t0)]表示，因此实际测量时必须加入温度补偿。

电导的温度系数

对于大多数离子，电导率的温度系数大约为 1.4%°C-1～3%°C-1对于H⁺和OH⁻离子，电导率温度系数分别为1.5%°C-1和 1.8%°C-1，这个数值相对于电导率测量的准确度要求，一般为1%或优于1%，是不容忽视的。

3、纯水的电导率

即使在纯水中也存在着H⁺和OH⁻两种离子，经常说，纯水是电的不良导体，但是严格地说水仍是一种很弱的电解质，它存在如下的电离平衡：

H2O←→H⁺ OH或2H₂O←→H3 O OH⁻

其平衡常数：

KW=[H⁺].[OH⁻]/H₂O=10-14

式中KW称为水的离子积

[H⁺]2=[OH⁻]2=10-14

∴[H⁺]2=[OH⁻]2=10-7

lH₂O,0=λOH⁻,0=349.82 198.6=548.42S/cm.mol2

已知水的密度d25°C/H₂O=0.9970781cm3

故原有假设为1的水分离子浓度只能达到0.99707。实际上是仅0.99707份额的水离解成0.99707.10-7的[H⁺]和[OH⁻]，那么离解后的[H⁺]和[OH⁻]电导率的总和KH₂O用下式求出：

KH₂O=CM/1000λH₂O

=(0.99707.10-7/1000).548.42

=0.05468μS.cm-1≈0.054μS.cm-1

∴ρH2O=1/KH2O=1/0.05468×10-9

=18.29(MΩ.cm)≈18.3(MΩ.cm)

由水的离子积为10-14可推算出理论上的高纯水的极限电导为0.0547μS.cm-1，电阻为18.3MΩ.cm(25°C)。

水的电导率的温度系数在不同电导率范围有不同的温度系数。对于常用的1μS.cm-1的蒸馏水而言大约为 2.5%-1。

4、TDS

TDS是英文total dissolved solids的缩写，中文译名为溶解性总固体，测量单位为毫克/升（mg/L）,它表明1升水中溶有多少毫克溶解性总固体。

TDS概念是个舶来品，在美国、台湾水处理领域广泛使用，TDS值的测量工具一般是用TDS笔，其测量原理实际上是通过测量水的电导率从而间接反映出TDS值。在物理意义上来说，水中溶解物越多，水的TDS值就越大，水的导电性也越好，其电导率值也越大。

通俗的讲：TDS值代表了水中溶解物杂质含量，TDS值越大，说明水中的杂质含量大，反之，杂质含量小。

TDS笔使用方法：打开TDS笔探针盖，按下标有ON/OFF按钮，待液晶屏显示后，将TDS笔插入被测水中，待数值稳定后，按下标有HOLD按钮，拿出TDS笔读取数值方可，测试完毕后，用干纸将TDS笔探针擦拭干净。

影响TDS值测试的因素：

水温：TDS笔不可用于测量高温水体（例如：热开水）

水的流速：TDS笔不能用于测量晃动较大的水体

水质污染：TDS笔不能用于测量污染浓度较高的水体

5、水的硬度

水中有些金属阳离子，同一些阴离子结合在一起，在水被加热的过程中，由于蒸发浓缩，容易形成水垢，附着在受热面上而影响热传导，我们把水中这些金属离子的总浓度称为水的硬度。如在天然水中最常见的金属离子是钙离子（Ca²⁺）和镁离子（Mg²⁺），它与水中的阴离子如碳酸根离子（CO₃²⁻）、碳酸氢根离子（HCO3⁻）、硫酸根离子（SO₄²⁻）、氯离子（CL⁻）、以及硝酸根离子（NO₃⁻）等结合在一起，形成钙镁的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物、以及硝酸盐等硬度。水中的铁、锰、钭等金属离子也会形成硬度，但由于它们在天然水中的含量很少，可以略去不计。因此，通常就把Ca²⁺、Mg²⁺的总浓度看作水的硬度。水的硬度对锅炉用水的影响很大，因此，应根据各种不同参数的锅炉对水质的要求对水进行软化或除盐处理。

6、TDS和电导率之间的关系

对于大多数水源，电导率/TDS的比率为1.2-1.7之间，海水选用1.4比率而苦咸水选用1.3比率进行换算，通常能够得到较好的近似换算率。

7、温度对产水量有何影响

温度越高，产水量越高，反之亦然，在较高的温度条件下运行时，应调低运行压力，使产水量保持不变，反之亦然。

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