Что на самом деле показывают TDS-метры (солемеры) и как их показания связаны с электропроводностью, удельным сопротивлением и соленостью?
Вода проводит электричество, потому что в ней присутствуют заряженные частицы — ионы. Ионы — это атомы или соединения атомов, которые имеют электрический заряд: положительный (катионы) либо отрицательный (анионы). В природной воде обычно содержатся катионы: натрий (Na+), калий (K+), кальций (Ca2+), магний (Mg2+), а также анионы: хлорид (Cl-), сульфат (SO42-), нитрат (NO3-), бикарбонат (HCO3-). В воде также встречаются и другие ионы, в том числе органические.
Заряженные ионы, содержащиеся в воде, обеспечивают прохождение электрического тока. Степень способности водного раствора проводить электрический ток называют электропроводностью или проводимостью. Величина электропроводности напрямую зависит от концентрации солей в воде растворенных, которые распадаются на ионы. Больше ионов в воде — выше ее проводимость. Дистиллированная вода содержит крайне мало ионов и потому имеет низкую проводимость.
Электропроводность также называют удельной проводимостью или удельной электропроводностью.
Способность материала препятствовать прохождению тока называется удельным сопротивлением. Удельное сопротивление обратно проводимости: жидкость, имеющая высокую проводимость, имеет низкое удельное сопротивление, и наоборот. Так, например, у дистиллированной воды удельное сопротивление высокое, а проводимость низкая.
За единицу измерения электропроводности воды принят микросименс на см (мкСм/см). Тождественная единица — мегаом на см (МОм/см), где 1 мкСм/см = 1 МОм/см. Значения проводимости воды, пригодной для питья, находятся в диапазоне от 50 до 1500 мкОм/см. Если проводимость воды выше 1500 мкОм/см, это значит, что вода содержит чрезмерно много соли. Для дистиллированной воды проводимость составляет менее 5 мкСм/см, а для высокочистой воды проводимость составляет менее 0,1 мкСм/см.
Температура жидкости влияет на значение проводимости. Современные приборы, такие как электронный TDS-метр ЭКОСТАБ TDS206 с температурной компенсацией, измеряют температуру и пересчитывают значение электропроводимости на температуру 25°C. Таким образом можно сравнивать значения электропроводимости образцов разной температуры.
Как электропроводность воды связана с общим содержанием растворенных твердых веществ (TDS)?
Общее содержание растворенных твердых веществ (total dissolved solids — TDS) — количество растворенного материала, присутствующего в воде. По количеству диссоциированных ионов (разделенных на элементы молекул) можно судить о содержании растворенных веществ. А понять это можно, измерив, насколько хорошо вода проводит ток. Принцип работы TDS-тестеров и кондуктометров (EC-метров), по сути, один и тот же — оба прибора измеряют электропроводность воды. Только TDS-метры пересчитывают значение электропроводности и выдают результат в миллиграммах на литр (мг/л) или ppm (частей на миллион) (см. статью о преобразовании единиц измерения). Так, если TDS-метр показывает значение TDS 500 мг/л, это означает, что при испарении 1 литра воды останется 500 мг твердого остатка. Таким образом, мы видим, что TDS-метры для воды показывают значение, производное от измеренной проводимости.
Общее содержание растворенных твердых веществ (TDS) еще могут называть общей минерализацией или общим солесодержанием.
Обычно растворенные твердые вещества включают в себя растворенные минеральные ионы, такие как ионы натрия, хлора и другие, упомянутые выше. TDS также может включать другие неорганические ионы, растворенные органические вещества и, например, растворенные силикат-ионы, которые не вносят вклад в проводимость. Поскольку количество таких веществ обычно невелико по сравнению с солями, то солесодержание и TDS практически синонимы.
В лаборатории точное количество растворенных в воде веществ определяют фильтрованием, выпариванием воды и взвешиванием сухого остатка. Но в полевых условиях это не всегда возможно. Поэтому анализ с помощью TDS-метра является гораздо более простой и удобной альтернативой прямому измерению.
Что важно знать при проведении измерений с помощью TDS-метра?
Как мы уже выяснили, значение, которое показывает TDS-метр, является производным от значения проводимости.
Общее уравнение для оценки TDS по проводимости выглядит следующим образом:
TDS (мг/л) = k · EC (мкСм/см)
где EC — электропроводность, а k — коэффициент пересчета, который связан с химическим составом воды.
Соотношение между проводимостью и TDS меняется в зависимости от того, какие вещества растворены в воде. Ионы различаются по своей способности передавать электрический заряд через воду. Некоторые ионы переносят электрические заряды быстрее, чем другие, из-за таких факторов, как размер и масса ионов и то, как они взаимодействуют с молекулами воды. В этом случае упомянутый коэффициент k поможет сделать наш расчет TDS более точным.
Для обычных природных вод, таких как речная и озерная вода, значение коэффициента пересчета (k) обычно составляет от 0,6 до 0,7, а значение 0,64 считается типичным. Для раствора, содержащего в основном ионы натрия и хлора, типичными являются значения от 0,49 до 0,56, в зависимости от концентрации соли.
В карманном TDS-метре ЭКОСТАБ TDS206 можно менять величину коэффициента пересчета (k) в диапазоне от 0,4 до 1, заводское значение = 0,71. Наиболее распространенные значения указаны в таблице ниже:
Для точной оценки TDS по проводимости следует учитывать химический состав раствора при выборе коэффициента пересчета k. Если состав раствора известен, то истинное TDS репрезентативного образца воды можно рассчитать, взяв сумму измеренных концентраций. В качестве альтернативы истинное значение TDS репрезентативного образца можно измерить напрямую. Затем правильное значение коэффициента k можно рассчитать на основе истинного TDS и измеренной проводимости. Если правильное значение коэффициента пересчета определить невозможно, то использование значения из таблицы (выше) приведет к оценке TDS, которая при этом будет приблизительной.
Как проводимость связана с соленостью?
Соленость отражает содержание соли в воде. Поскольку большинство растворенных твердых веществ обычно состоят из неорганических ионов, которые являются компонентами солей, понятия солености и TDS очень похожи. Фактически, эти два понятия иногда считаются синонимами. Однако соленость часто выражается в терминах массы соли на массу воды. Например, океанская вода обычно содержит около 35 граммов соли в одном килограмме воды, поэтому ее соленость можно выразить как 35/1000 или 0,035. Это также может быть выражено как 3,5‰ или 35 частей на тысячу (ppt).
Характеристика солености часто используется для описания морской и солоноватой воды, но ее также можно использовать для описания пресной воды и рассолов. Поскольку пропорции наиболее важных ионов в морской воде почти постоянны, океанографы могут использовать очень точные формулы для оценки солености по электропроводности и температуре.
При расчете количества удобрений для растений тоже важно знать содержание растворенных веществ в подкормке. Поскольку значение TDS отображает концентрацию солей в воде, оно поможет оценить питательную ценность раствора и при необходимости скорректировать концентрацию: либо увеличить количество удобрений, чтобы обеспечить растения достаточным количеством питательных веществ, либо разбавить раствор и тем самым не допустить передозировки удобрений.
В случаях, когда соленость измеряется в мг/л (например, для озерной воды, воды для бассейнов или поливной воды), соленость можно оценить по электропроводности, используя ту же формулу, которая представлена для TDS в предыдущем разделе.
