水的電導率和電阻率的標準測試方法

1、水的電導率和電阻率的標準測試方法1適用范圍1.1 該測試方法涵蓋了對水的電導率和電阻率的測定，包括以下方法：方法A靜態(tài)（不流動）樣品的現(xiàn)場測試和實驗室常規(guī)測試，測定范圍為10200000pS/cm,參見第1218節(jié)。方法B線性流動樣品的測試，測定范圍為5200000pS/cm,參見第1923節(jié)。1.2 該測試方法已用于被試驗的水的測試，但使用者有責任確保該測試方法對于未經(jīng)試驗的水的有效性。1.3 對于測定值在該測試方法范圍之外，參見測試方法D5391。1.4 該標準并不提供所有安全措施，即便有所提供，也是和使用相關；該標準的使用者有責任建立合理的安全和健康操作規(guī)程，并在使用之前確定限制性規(guī)定的

2、適用性。2參考文獻2.1美國材料試驗協(xié)會（ASTIM標準：D1066水蒸汽取樣操作規(guī)程D1129與水相關的術(shù)語D1192密閉管路中水及其蒸汽取樣裝置的規(guī)格說明D1193試驗用水的規(guī)格說明D2186水蒸汽中致垢雜質(zhì)的測試方法D2777D-19委員會關于水的精度和誤差適宜測定方法的操作規(guī)程D3370密閉管路中采集水樣的操作規(guī)程D4519通過陽離子交換和脫氣陽離子電導率適時測定高純水中陰離子和二氧化碳含量的測試方法D5391流動高純水樣品電導率和電阻率的測試方法E1ASTM溫度計的規(guī)格說明3專業(yè)術(shù)語1 定義1.6 電導率一一在特定的溫度下，1cmi（立方體，譯者注）水溶液兩平行相對面間所測電阻（以歐

3、姆表示）的倒數(shù)。注1電導率的單位是西門子/厘米（S/cm）,該單位與以前所用單位姆歐/厘米在數(shù)值上相當。當電池實測電阻R以歐姆（Q）表示時，電導為1/Rx,它與截面積A（cm2）成正比，與長度L（cmj）成反比，如下式：1/R=K-A/L測定1cm3電導池兩平行相對面間電導時，所得到的K稱作電導率。在特定的溫度（通常為25C）下，電導率的值用微西門子/厘米（pS/cm）或S/cm表示。1.6 電阻率一一在特定的溫度下，1cm3（立方體，譯者注）水溶液兩平行相對面間所測電阻（以Q表不'）。注2電阻率的單位是歐姆厘米（cm）。當電池的實測電阻R以表示時，R2與長度L（cm）成正比，與截面積

4、A（cm）成反比，如下式：R=RL/A測定1cm3電導池中兩平行相對面間電阻時，所得到的r稱作電阻率。在特定的溫度（通常為25C）下，電阻率的值用Qcm或兆歐姆厘米（mQcm）表示。1.6 該測試方法中所涉及的其它概念，參見術(shù)語D1129。1 符號1.7 第14到16節(jié)中所使用的符號定義如下：j=電池常數(shù)，cm1K=25c時電導率，科S/cmK=電導測定值，SK=測試溫度下KCl參比溶液的電導率（表1）,科S/cmK=同樣溫度下，配制KCl參比溶液用水的電導率，S/cmQ=溫度校正因子（參見第11節(jié)）R=25c時電阻率，Q-cmR=電阻測定值，Q表1氯化鉀參比溶液電導率的值A參比溶液溶液近似當

5、制備方法溫度，C電導率，科量濃度S/cmA120c時74.2460gKCl溶于0651761L水中189783825111342B0.120c時7.4365gKCl溶于1L07138水中18111672512856C0.0120c時0.7440gKCl溶于1L0773.6水中181220.5251408.8D0.00120c時100ml溶液C用水稀0B77.69B釋溶至1L18B127.5425146.93A不包括配置溶液所用水的電導率（參見7.2節(jié)和14節(jié)），該表所列電導率數(shù)值采用國際單位，當測量儀器刻度使用絕對單位時，需將表中的數(shù)字乘以0.999505。B源于Glasstone。4用途及重

6、要性1 該測試方法適用于雜質(zhì)測定；在某些場合下，還可用于水中離子組分的定量測定，該離子組分包括溶于天然水和鍋爐水、鍋爐補給水、冷卻水及鹽水等各種處理水中的電解質(zhì)。1.9 離子組分的濃度范圍從純水中的痕量到壓縮蒸汽（參見測試方法D2186、D4519和參考文獻（2）或純鹽溶液中的大量不等。1.9 這里最關心的是應用電導率的方法測定蒸汽純度，參見文獻（3）,該測試方法也可以用來檢定水分析的正確性與否。5影響因素14.1 暴露于空氣中的樣品，由于溶解氣體的減少或增加，會導致樣品電導率或電阻率的改變；對所溶離子型物質(zhì)濃度較低的純水而言，這種改變顯得更為重要。CO通常存在于空氣中，它能使純水的電導率急劇

7、增加大約1科S/cm。在可行的情況下，通過使用流動型電池，可以避免樣品與空氣接觸；N2或氨氣H等化學惰性氣體，也可用來屏蔽樣品表面。14.2 樣品中的不溶物或緩慢致垢物能在電導池的電極上形成覆蓋膜，從而導致讀數(shù)錯誤。例如，電導池的生物污垢或胺類薄膜的增加會導致響應滯后。在多數(shù)情況下，選用合適的溶劑清洗電導池可以消除以上因素的影響。14.3 如果用未經(jīng)屏蔽保護的電池測定高電阻率水的電阻率或電導率，則可能由于電路干擾導致讀數(shù)錯誤。鑒于此，建議用于此類樣品測試的電導池應采取同軸遮蔽或類似措施，同時屏蔽纜線和儀器。6儀器1 測量電路一一該裝置可以是一個手動調(diào)的節(jié)惠斯通電橋或其類似物，也可以是一個能直接

8、讀數(shù)的模擬或數(shù)字儀表，它會給電導池施加一交流電壓。該裝置及電導池、附加導線需要從以下角度來考慮設計，以盡量減少錯誤的產(chǎn)生：1.21 高導電性溶液中對未經(jīng)校正的電極，由于電極表面電流密度過大，會導致電極極化而使電導率讀數(shù)偏低；還會由于在電極/溶液界面處串連的電容偏小，導致電荷效應偏離測量而得到錯誤讀數(shù)。另外，導線電阻也會顯著增加電阻測定值。1.21 低導電性溶液中一一電池中并聯(lián)電容過大及附加導線，會導致測定分流而使電導率讀數(shù)增加。如果測試方法D5391中所述變異系數(shù)運算法則未加采用，溫度校正偏差將明顯低于5S/cm。1.21 通過制造商對驅(qū)動電壓、波形、頻率、相位等的調(diào)節(jié)，檢波技術(shù)以及溫度校正等

9、措施的綜合運用，可以將以上因素所造成的錯誤降到最小程度。在選擇合適的電池常數(shù)、導線大小和長度以及特定測量值范圍電極表面條件的維護上，應遵從制造商的建議。儀器刻度可能是以電導率為單位，也可能是以電阻率為單位。1.21 當一個適時信號從儀器輸出時，需將電池驅(qū)動電路斷開，以阻止電導池溶液和外部回路的交互作用。1 電池1.22 為了避免來自空氣的污染，對電導率小于10S/cm（電阻率大于100000Q）樣品的測試，采用流動型電池。然而，電導率大于10pS/cm的樣品也可以測定。在所有其它場合，可以使用固定型電池。對電導率介于110科S/cm之間的樣品，如果已被N2或H等惰性氣體層保護，可以采用固定型電

10、池。1.22 選擇電池常數(shù)以獲得適當?shù)碾姵仉娮瑁⑴c制造商關于儀器測量范圍的要求相一致。對實驗室中的電橋，表2提供了較為審慎的選擇方案。表2不同電導率范圍推薦使用的電池常數(shù)電導單范圍，WS/cm電池常數(shù)，cm-10.05100.010.1102000.11110101002005000500010000001.22 流動型電池應裝配成使樣品持續(xù)流動成為可能。按照制造商關于使用電池的建議，確保樣品以恒定的速度流動，特別是在電導率小于10S/cm時更應如此。在壓力、流動、溫度等條件改變時，電池的標度將保持不變，并能排除空氣、構(gòu)建抵抗腐蝕和化學惰性物質(zhì)的功能。容器或電池將配備精確測量溫度的手段。1.

11、22 鍍鉗電池不用來測量電導率小于10pS/cm的樣品，但可以將少量鉗黑置于電池上用來測量電導率介于0.110S/cm之間的樣品（參見9.4節(jié)）。由于鍍鉗電池價格和脆性因素的影響，一般使用鈦、蒙奈合金、石磨電極來測試，誤差在1犯內(nèi)。特別指出，需要對這些電極的表面進行特殊處理。鈦和蒙奈合金電極特別適合于超純水等高電阻溶液的測試，但當測定的電阻值小于幾千歐姆時，需要引入一個小的表面電阻來控制其精度，。1.22 對用來測試電導率小于10科S/cm樣品的電池，建議應該專用。1 溫度測定1.23 溫度控制一一對溫度浴鍋、手動溫度校正、自動溫度校正或手動兼自動溫度校正，溫度測定是必要的。溫度計、熱敏電阻和

12、阻抗溫度探測器的精度應在土0.1C內(nèi)或者更高，以更好地控制溫度。ASTM關于溫度計精度的推薦標準，在規(guī)格說明E1中的63C部分進行了敘述。通過與參比溫度探測器對比，對溫度探測器的精度進行定期校驗，參比溫度探測器的精度可從美國國際科學技術(shù)協(xié)會（NIST,以前叫NBS獲取。1.23 溫度校正一一對于溫度校正，當儀器不能提供手動或自動溫度校正（參見第11節(jié)）時，溫度計的精度在0.1C就可以接受。7試齊1J試劑純度一一所有用于測試的試劑均為化學純。除非特別說明，所有試劑均需與美國化學會分析試劑委員會的規(guī)格要求相一致，相關規(guī)格要求可從該委員會獲取。如果事先能夠確定所用試劑的純度不致降低測定結(jié)果的準確性，

13、可以使用其它級別的試劑。水的純度一一除非特別說明，參比水應與D1193關于試驗用水的規(guī)格要求類型I相一致。配制氯化鉀溶液測定電池常數(shù)時，所用水的電導率不應大于1.5pS/cm。如果有必要的話，可從燒結(jié)玻璃或不銹鋼氣體分散試管吸入空氣通過水，使實驗室空氣保持不變。當電導率保持不變且不大于1.5科S/cm時，可認為達到平衡點，平衡電導率置于表1中?？墒褂?5%勺乙醇、異丙醇或甲醇。王水（3+1）3體積濃鹽酸（比重為1.19）和1體積的濃硝酸（比重為1.42）混和，該試劑需即配即用。乙醛鹽酸（比重1.19）濃鹽酸。鹽酸（1+1）1體積濃鹽酸（比重1.19）和1體積水混合。）鉗溶液一一1.5克氫氯鉗酸

14、（H2PtCl6-6H2O）溶于含50ml含0.0125克醋酸鉛（Pb（C2hbQ）2）的水中。氯化鉀（KCl）KCl的純度必須在100±0.1%的范圍內(nèi)。該級別標準的KCl可以從NIST或商業(yè)渠道獲得，將其在150c下干燥兩小時或直至重量損失小于0.02%后，貯存在干燥器中。74.2460克KCl（空氣中稱重）置于7.4365克KCl（空氣中稱重）置于10.7440克KCl（空氣中稱重）置于1100ml參比溶液C置于1升A類容量KCl參比溶液A在20±2C的溫度范圍內(nèi)，將1升A類容量瓶中，用水溶解后稀釋至刻度線。KCl參比溶液B）在20±2C的溫度范圍內(nèi)，將升A

15、類容量瓶中，用水溶解后稀釋至刻度線。KCl參比溶液C一在20±2C的溫度范圍內(nèi)，將升A類容量瓶中，用水溶解后稀釋至刻度線。KCl參比溶液D-一在20±2C的溫度范圍內(nèi)，將瓶中，用水稀釋至刻度線。該溶液應于使用前較短時間內(nèi)配制，并貯存在帶玻璃塞、耐化學侵蝕的專用玻璃容器中。注3每種參比溶液的電導率見表1。這些溶液電導率的值由G.Jones和B.C.Bradshaw測得，并分另于1987年和1989年被NIST確認。T.Shedlovsky的數(shù)據(jù)適用于溶液Do溶液A、B和C由G.Jones和B.C.Bradshaw運用重量摩爾或分碼理論，于真空狀態(tài)下分別將71.1352g、7.

16、4191g、0.7453gKCl（真空稱重）用水配成1000g溶液得到。表1中的制備方法考慮了20c時每L溶液中KCl的重量校正，并假定KCl、黃銅、空氣的密度分別為1.98、8.4和0.00118。這樣，20c時1N、0.1N、0.01NKCl的密度分別分別為1.04420、1.00280和0.99871g/mL,將它們插入到國際判定表的數(shù)據(jù)中。8樣品按照D106&D3370的操作規(guī)程以及D1192的規(guī)格說明，采集樣品。避免樣品暴露于含氨和酸性氣體的空氣中，保護樣品避免溶解氣體的增加或減少，特別是在電導率測試前需要等待一段時間。對壓縮蒸汽或電導率小于10科S/cm的水，最好使用流動型

17、電池進行取樣和測試；對電導率介于510科S/cm的水，如果樣品表面有N2或H等惰性氣體層的保護，也可以使用固定型電池。9電極的準備如果電池常數(shù)的測定值未落在額定值的合理限制范圍內(nèi)，則有必要對電極進行清洗或鍍鉗，甚至更換電池。一般情況下，盡量避免機械清洗。對高純水的測試，由于雜質(zhì)的長期滯留，不希望存在少量脫落的鉗。對電導率小于10科S/cm水的測試，可以省略電極鍍鉗（參見9.4節(jié)）；另一方面，對電導率較高特別是大于100科S/cm的水的測試，潔凈完好的鍍鉗電極非常重要。對電池電極及其它部位進行清洗時，應該遵從制造商的相關說明。適宜的清洗溶劑是含1體積異丙醇、1體積乙醛和1體積鹽酸（1+1）的混和

18、溶液。清洗完畢之后，用水充分沖洗電池。如果需要除去舊的鉗黑層，最好用王水來處理電極，或者在鹽酸（比重為1.19）中進行電解也可獲得成功。用氫氯鉗酸（HPtCl6）溶液對電池電極進行鍍鉗時，合適的鍍鉗裝置應包含一個電壓為6伏特的交流電源、可變電容器、毫安表和電極。電極表面將鍍上一層黑色柔軟的鉗層并與電極表面很好的黏附。鍍鉗的過程并不嚴格，可按照制造商的說明或以下準則進行。為獲得好的鍍層，電極表面的電荷密度應在1.53庫侖/厘米2。例如，對10cn2的總電極表面（兩面）來說，20mA電流時的電鍍時間應為12.525分鐘。這樣，電極表面的電流密度即為14mA/cnio電極電鍍時，每次需一附加電極的幫

19、助。電鍍過程中，緩慢攪動電鍍液，或?qū)﹄婂円哼M行超聲振蕩。當電鍍池不用時，應裝滿水，以防止在貯存中電極表面變干。對電導率介于0.110科S/cm樣品的測試，可使用微量或反射性鉗黑鍍層電極。為獲得反射性鍍層，可在大約20mA電流下，將電池置于氯化鉗溶液中23秒。電極將保持金屬表面，但帶有一層淡淡黑色。10儀器的標定測量儀器一一制造商可以用標準電阻用來替代電導池，當該電阻用于取代電導池時，會附加如何校正儀器刻度示數(shù)的相關信息，按照制造商的說明進行操作并定期檢查儀器。或者，標準電阻的精度能確保在土0.05%之內(nèi)，可以通過適當?shù)倪\算以與儀器刻度相適應。有些儀器在出廠前已經(jīng)考慮到連接在電導池上的纜線并據(jù)此

20、做了校正，同時會告誡使用者不可隨意切斷或延長纜線。當連接儀器和電池的導線過長時，應通過對導線末端的標準電阻進行至少一次檢查以確認安裝無誤；如果有必要，用使用回路中的長導線進行讀數(shù)。通過類似的方法，用一個或幾個標準電阻檢查便攜式或手動式儀器，記下重要錯誤并在隨后的讀數(shù)中予以校正?？潭鹊男ｒ炘跀?shù)值應盡可能與樣品電導率的預期值接近，如果校驗是在偏離儀器測定范圍特別高或特別低的條件下進行時，這種校驗就更為重要。對用于現(xiàn)場測試的儀器，要求對刻度進行更經(jīng)常的校驗。對于直接讀數(shù)的儀器，用電導率校驗電阻（以歐姆表示）時，電阻等于電池常數(shù)（cm1）除以電導率（S/cm）;用電阻率校驗電阻時，電阻等于電池常數(shù)（c

21、m1）乘以電阻率（Q-cni）o電導池一一對于現(xiàn)場或?qū)嶒炇页Ｒ?guī)測試，可通過已知電池常數(shù)電導池與待校驗電導池對同一樣品或一系列樣品測定值的比較，校驗電導池的精度。仔細操作以確保工作電池和參比電池溫度相同；或者，雖溫度不同但能知其確切讀數(shù)，以便按照后文的敘述進行校正。電阻率測定儀器所示讀數(shù)將正比于電池常數(shù)，電導率測定儀器所示讀數(shù)將反比于電池常數(shù)。電導池采用與第14節(jié)相一致的參比溶液進行校準。11電導率/電阻率的溫度系數(shù)水及其溶液的電導率在很大程度上依賴于溫度（參見表3）,通常是在25c進行電導率和電阻率的測試。系數(shù)的不同取決于溶解電解質(zhì)的性質(zhì)、成分和濃度。對于電導率w5dS/cm的水樣，分離其組分

22、非常重要，這將使溫度系數(shù)從5科S/cm時的大約2%/C增加到0.055科S/cm時的5%/C。為避免錯誤，必'須保持溫度在25±0.1C；如果不能做到這一點，需要測定溫度系數(shù)并進行校正。為此，需要在一定的溫度范圍內(nèi)，對一系列樣品在不同溫度下的電導率進行測定。在使用自動溫度校正的地方，需要選擇溫度校正的運算法則，并且最好能模擬樣品組分進行測試。在電導率w5科S/cm的高純水中，可自動測定系數(shù)的變化，并根據(jù)對水的離解及水與鹽和其它雜質(zhì)的交互作用的測試范圍而加以應用（參見測試方法D5391及參考文獻（10）、（11）、（12）以獲取更詳細的信息）。表3純水的電導率及氯化鈉水溶液電導

23、率的增值A溫度，C純水電導率，IS/cm氯化鈉水溶液后電導率增值,S/cm00.0116491.146350.0166071.3311100.023101.5261150.031431.7297200.041941.9435250.055012.1642300.071012.3935350.090372.6296400.13512.8760450.140813.1257500.172683.3841550.20953.6476600.25143.9179650.29874.1882700.35164.4773750.41024.7648800.47445.0556850.54445.35509

24、00.62055.6527950.70305.92641000.79306.1933A源于Thomton在靜態(tài)體系中，對于一系列的測試，應細心操作，以避免由于揮發(fā)性組分的減少或者由于空氣進入容器導致雜質(zhì)增加所引起的成分改變。在以下體系中，提供了不同的加熱或冷卻方式，以便得到所需的溫度范圍。調(diào)節(jié)流過每個電池中溶液的流動速率，使電池得到充分的沖洗。根據(jù)得到的數(shù)據(jù)，確保電導率讀數(shù)未經(jīng)校正，繪制溫度-電導率曲線，由曲線可以獲得一系列溫度校正因子；或者繪制溫度T時電導率對25c時電導率的比值對應于T的曲線，該比值或校正因子Q從曲線平滑點獲得。注4依照所使用的校正類別，通過置溫度探測器于25c浴中將溫度設

25、定在25C,或用與25c時電阻相當物進行取代，可獲得未經(jīng)校正的讀數(shù)。當所用儀器提供了手動或自動校正器時，可按照制造商的說明對校正器進行校準，或檢查其精度及其對所測試樣品的適用性。測試方法A靜態(tài)樣品的現(xiàn)場和實驗室常規(guī)測定12適用范圍12.1該測試方法適用于靜態(tài)水樣品電導率的現(xiàn)場或?qū)嶒炇页Ｒ?guī)測定。13試驗方法概述該測試方法使用固定電1測定電導率大于10科S/cm的靜態(tài)樣品，同時提供了溫度控制和校正方法。14電池常數(shù)的測定為了該測試方法的目的，對電導池電池常數(shù)的確認，誤差應在±1%以內(nèi)。制造商對于電池常數(shù)在該誤差范圍的保證一般是令人滿意的，但儀器在裝運過程中可能受到損壞，因此建議使用者在收

26、到儀器后應重新測定電池常數(shù)。如果電導池按該誤差范圍的保證使用了一段時間，需由制造商或在實驗室中重新校驗。用水漂洗電導池若干次，然后用KCl參比溶液漂洗至少兩次，以使得電導率充分接近表1的測定值。將溶液溫度控制在25±0.1C范圍內(nèi)，測定電池的電阻；用其它KCl參比溶液重復測試，直到所測值保持不變并與18節(jié)中有關精度的范圍限制相符。對儀器所測值為以歐姆表征的電阻，按下式計算電池常數(shù)：J=10-6-R(K+K)對儀器所測值為以西門子表征的電導，按下式計算電池常數(shù)：6J=10-(K+K)/R注5由于兩種溶液混和物的電導率并不是K與K2的簡單加成，因此K1+K2僅僅是近似值，而且要求K遠小于

27、K。15操作步驟溫度控制的精確方法一一使用一個固定型電池，用水將電池、容器和溫度計充分漂洗幾次，然后用樣品漂洗兩次以上。按照6.3.1節(jié)中的敘述，通過溫度計將溫度調(diào)節(jié)至25±0.1Co經(jīng)過足夠的時間，使溫度達到平衡，記錄電導或電阻的讀數(shù)，根據(jù)16節(jié)中的公式計算電導率或電阻率，由于此時無需溫度校正，因此取Q=1。溫度校正的常規(guī)方法一一使用一個固定型池，用水將電池充分漂洗幾次，然后用樣品漂洗兩次以上。測定各部分樣品的電阻或電導以及溫度（精確到0.1C）,直至獲得一固定值。如果測試儀器提供了手動溫度校正器，在讀數(shù)前，通過校正器調(diào)節(jié)樣品溫度；如果提供了自動溫度校正器，就沒有必要調(diào)節(jié)，但是需要

28、足夠的時間使溫度達到平衡。如果儀器沒有提供任何溫度校正手段，則按照11節(jié)中的相關要求，將溫度調(diào)節(jié)到25C,測定溫度校正因子。如果使用了溫度校正器，則根據(jù)16節(jié)中的公式計算電導率或電阻率，并取Q=1;否則，按照11節(jié)中的要求測定Q16計算對于儀器讀數(shù)是以歐姆表示的電阻，按下式計算樣品電導率：K=106-J/RQ對于儀器讀數(shù)是以歐姆表示的電阻，按下式計算樣品電阻率：R=RQ/J對于儀器讀數(shù)是以西門子表示的電導，按下式計算樣品電導率：K=106JK/Q對于儀器讀數(shù)是以西門子表示的電導，按下式計算樣品電阻率：R=QJK當與特定電池常數(shù)的電導池一起使用時，自動記錄儀和顯示器將與溫度校正器同時提供，通常于

29、25c下以S/cm或科S/cm為單位直接讀數(shù)。如果校正器是用來校正電池中的溶液，就沒有必要進行計算。17記錄對25c時電導率的測定值，如果測試溫度在25±0.1C范圍內(nèi)，可以S/cm為單位來記錄并精確到1%,否則精確到3%另外，對25c時電阻率的測定值，如果測試溫度在25±0.1C范圍內(nèi)，可以Qcm為單位來記錄并精確到1%否則精確到3%18精密度及偏差該測試方法由九個實驗室以四種不同濃度進行測定，每個測試者在不同的三天對每個樣品進行了分析。該合作性試驗所得數(shù)據(jù)來自于被測試的水，對其它介質(zhì)，這些數(shù)據(jù)未必適用。這些數(shù)據(jù)通過使用15.2節(jié)中所描述的常規(guī)方法（溫度校正）而獲得，測試參所測樣品的溫度范圍從18.526.0C不等。18.1.1精度一一該測試方法的精度在表4所標示的范圍內(nèi)。表4測試方法A的精度平均濃度，S/cm總精度，St,S/cm單個測試者共享精度St,科S/cm25.63.40.83162.06.13.81378.860.914.11081696600291818.1.2誤差一一表5列出了一系列備用標準中已