[转载]TDS表测量水质的原理及技巧(专业人士参考)

2015-05-14 08:13阅读：

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原文地址：TDS表测量水质的原理及技巧(专业人士参考)

原文作者：博奥环境

原文作者:Randy Holmes-Farley原文标题:What is TDS?
原文连接:http://www.reefkeeping.com/issues/2004-04/rhf/feature/index.php
刊号:Reefkeeping [200404]
使用TDS（总溶解固体）表测试淡水水质的方法近些年越来越流行了。许多鱼友以此来判断自己的RO或RO/DI过滤器是否有效，滤芯是否需更换。
然而，这种设备也不是没有缺陷的。从它的名字看，TDS表只能测试溶解在水中的固体。除了TDS表，还有很多测量仪器。虽然测试结果单位都是ppm（百万分之一），但它们仍然是有区别的，就像华氏和摄氏之间的却别。
本文将介绍这些测试表是如何工作的，它们都检测什么，不检测什么，以及使用意义。而且还会提出些使用建议。
TDS测试表的工作原理

TDS表其实是电导率测试表。它们通过在两个或多个电极之间施加电压。带正电的离子（如钠离子，钙离子，镁离子，氢离子，等等）向负电荷的电极移动，带负电荷的离子（如氯离子，硫酸根离子，碳酸氢根离子等）将向正电荷的电极移动（图1）。离子的移动形成了电流。仪表通过检测离子的移动确定电流。

图1：电极的导电原理图，显示离子的移动。黄色的中性分子不动。
TDS表实际在检测什么？

由于TDS表经常被用来检测水的纯度，因此，理解它不能检测的物质范围是非常重要的。因其源于电导率测试表，所以它只能检测到移动的电离子。而不会检测不带电的中性化合物。这类化合物包括糖、酒精、许多杀虫剂、不容性硅、氨和二氧化碳等。同时也不能检测到宏观粒子，因为太大，无法在既定的电场中检测它们的移动。所以，如果你看到水中有生锈的氧化铁颗粒，TDS是无法检测它们的。其它让水看起来很浑浊的颗粒也是无法检测的。细菌和病毒也不会被发现。
因此，TDS所代表的“总溶解固体”这个概念是徒有虚名的。“总电荷态离子”应该是更加精确的定义。幸运的是，对于水族应用已经足够了。
另外，测量电导率也是一种测试溶液中存在的离子种类和数量的方法。表1标注了等量的不同离子的电导率数值。不同离子之间的电导率有差异，这一点对于理解文中以下部分非常重要。带电荷较多的离子电导率较高，不仅因为其携带电荷多，在电场中向电极的移动速度也更快。例如，镁离子和硫酸根离子分别比钠离子和氯离子的电荷数多，其电导率也比后两者高。另一个特性是较大的离子在水中移动速度低于较小的离子，因此电导率倾向偏低。这其中还要考虑离子与水分子的结合率，因此不能简单的考虑其重量和直径。水合作用决定了阻力的大小。例如，锂离子比钠离子电导率低很多，而与钾离子比较情况会更好些。

我能用万用表测试电导率吗？

有几个因素使人们无法用万用表精确测量电导率。电极的形状和大小会有区别，但更重要的是在电极之间发生了什么。如果向海水中施加直流电，会有大量的化学反应在电极上发生。有些离子会附着在电极上，有些会产生气体，电极本身也可能发生溶解。这些反应都会对溶液造成影响，从而改变电导率。
那么，电导率测试的探针是如何解决这些问题的？使用交流电替代直流电，电场方向变化速度非常快，不会形成电离子整体移动的效果。在一秒钟内，带电离子在不断往复运动。从总体上讲，溶液和电极都没有变化，因此可以测量精确的电导率。现代电导率测试仪器使用复杂的交流电波形，避免了很多简单测试时的干扰。
目前商用的电极基本都是2-4头的，可更有效的防止电极污染对测量结果的影响。电极可以是环氧树脂、石墨、玻璃、铂金、不锈钢等惰性材料。需要根据溶液的性质选择电极，而几乎所有的商用电极都可以用来测试自来水。

温度对TDS测试有影响吗？

最后一点比较复杂的是水中离子的电导率会收到温度的影响。这里有很多复杂因素的影响，但其中最简单的就是温度高了，离子的移动速率快了。离子移动速度越快，电导率自然就越高。电导率与温度之间的关系受到测量方法的限制。纯水表现出线性关系，温度升高1度，电导率升高4.55%。氯化钠溶液只能提高2.12%。自来水和其它自然水源中含有较多的离子，其反应往往是非线性的，但数值波动范围会低于纯水。
基于这个原理，几乎所有的电导率测试表都同时具有测量温度的功能。内置的计算功能会校正温度带来的变化，因此给出的数值一般都是标准温度（25度）时的电导率值。更高级的测试表还可供选择温度系数。有的甚至还能添加非线性规律。如果你的测试表有这个功能，最好使用，以校正其对淡水的曲线。一些最先进的设备还允许添加非线性曲线，测试超纯水。相关的应用说明在包装内会注明。
总之，因为测试表可以根据温度校正数值，因此无论样本水温多少，都可以直接测量。

ppm这个单位的含义

TDS表的测量单位比TDS本身的名字更具迷惑性。溶液的电导率往往与电阻有关。一般用mS/cm单位表示，而溶液电导率相对高，所以用 mS/cm作为单位。作为参考，纯水电导率是0.055 mS/cm。
遗憾的是，TDS测试表不会直接显示电导率数值。它们会将其转化为另一个概念，ppm，百万分之一。ppm与mg/kg是一样的。因此，TDS设备实际上是将电导率转化为了一个以重量为基础的单位。问题在于不同的使用者和不同设备的转换是不一样的。
如果你的TDS表度数是mS/cm单位的，下面所说关于ppm的内容就可以忽略了。Pinpoint Conductivity meter就是这样的产品（图2）。有些设备可以显示两种单位，Oakton Con 200就是这样的产品（图3）。

图2： Pinpoint conductivity meter

图3：Oakton Con 200 conductivity meter
真正的TDS表会将电导率转换成ppm单位。（如 Oakton TDS Tester）如可以转化为一定浓度（ppm）氯化钠溶液的电导率。因此，如果设备检测到电导率为447 mS/cm，将会显示215.5ppm，相当于215.5ppm的氯化钠溶液的电导率。

图4：Oakton TDS Tester
遗憾的是，氯化钠溶液的电导率并非是线性变化的。不过，大多数粗略测量电导率的TDS表现在真的有趣了。如果这些仪器没有经过校准，我们不能确定它的ppm读数到底指哪种溶液。实际上，氯化钾比氯化钠作为参考物质使用得更广泛。此外，研究人员经常使用一种叫“442”的物质，这是40%硫酸钠，40%碳酸氢钠和20%氯化钠的混合液体。其目的是尽量模仿淡水中的离子种类。
这些系统在电导率和ppm的关系上有少许差异。表2显示了 Oakton提供的商用标准。对于水族用途来说，10ppm氯化钠的电导率和10ppm“442”的电导率没什么太大区别，但实际上可能有30-70%的误差，因此，两个人使用不同表测量同样的水，可能结果不同。当然，你也可以自己校准，但不是每种产品都支持的。

TDS测试表使用技巧

1.使用前后用尽量干净的淡水冲洗探头。盐类的累积会干扰测试结果，同时也会污染溶液。
2.除了柔软的布料，不要用其他物质清洁电极，也不能用手触摸。
3.有必要清洗电极时，可将电极浸入醋酸内，然后用淡水清洗。如果电极是有机材料的，浸泡在酒精或漂白液内也有帮助。用柔然的材质擦也可以接受。
4.如果你对数值要求特别精确，请先自行校准。一个标准就足够的。如果你只是要求分辨数值是否为0，就没有校准的必要了。
5.所有的TDS表都能自动侦测0-50度的温度，即使是最便宜的也能。如果你的TDS恰巧没有温度检测，要知道25度是标准温度，低于25度时测量的数值时被人为压低的。
6.只有极其昂贵的TDS表有 cell constant功能。 cell constant可以说是另一种校准。大多数TDS表不支持。
7.如果你用TDS表测试RO过滤器，出水口的读数至少要低于入水口10倍。举例来说，如果自来水读数231ppm，则RO水应小于23ppm。在大多数情况下，应该下降更多。不能达到这个标准，说明RO膜出现了问题。
8.如果以此检测RO/DI过滤器，数值应该接近0。也许是1ppm。更高的数值说明某些过滤除了问题。然而，这不表示2ppm的水不能使用。但要注意，一旦数值开始攀升，其速度是相当快的。不要忽视1与0之间的对比。空气中的二氧化碳溶解在纯水中，也可能使TDS读数上升到1，有时TDS表会将纯水的读数读到1或2ppm。
9.如果你用TDS表测量石灰水，读数可能会达到9300ppm。
10.如果用TDS表直接测量水族箱里的海水，读数可能高达53000ppm。我不建议你这样做，因为海水的电导率不是线性分布的。
11.你可以使用手边的各种测试表测量TDS读数。关键是要让电极的两端完全浸入水中，两极之间不能有气泡和固体存在。因此，用TDS表直接测量流动的自来水流是不可能有准确读数的，数值已被人为降低了。

希望这篇文章能帮助你准确使用TDS测试表。

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