電導率,物理學概念,指在介質中該量與電場強度之積等于傳導電流密度。對于各向同性介質,電導率是標量;對于各向異性介質,電導率是張量。生態學中,電導率是以數字表示的溶液傳導電流的能力。單位以每米毫西門子(mS/m)表示。
電導率的測量通常是溶液的電導率測量。固體導體的電阻率可以通過歐姆定律和電阻定律測量。電解質溶液電導率的測量一般采用交流信號作用于電導池的兩電板,由測量到的電導池常數K和兩電板之間的電導G而求得電導率σ。
電導率測量中早采用的是交流電橋法,它直接測量到的是電導值。常用的儀器設置有常數調節器、溫度系數調節器和自動溫度補償器,在一次儀表部分由電導池和溫度傳感器組成,可以直接測量電解質溶液電導率。
一、電導率的測量原理電導率的測量原理是將相互平行且距離是固定值L的兩塊板(或圓柱電),放到被測溶液中,在板的兩端加上一定的電勢(為了避免溶液電解,通常為正弦波電壓,頻率1~3kHz)。然后通過電導儀測量板間電導。
電導率的測量需要兩方面信息。一個是溶液的電導G,另一個是溶液的幾何參數K。電導可以通過電流、電壓的測量得到。根據關系式S=K×G可以等到電導率的數值。這一測量原理在直接顯示測量儀表中得到廣泛應用。
而K= L /A
A——測量電的有效板;
L——兩板的距離;
這一值則被稱為電常數。在電間存在均勻電場的情況下,電常數可以通過幾何尺寸算出。當兩個面積為1cm的方形板,之間相隔1cm組成電時,此電的常數K=1cm。如果用此對電測得電導值G=1000μs,則被測溶液的電導率K=1000μs/ cm。
一般情況下,電常形成部分非均勻電場。此時,電常數必須用標準溶液進行確定。標準溶液一般都使用KCl溶液這是因為KCl的電導率的不同的溫度和濃度情況下非常穩定,準確。0.1mol/l的KCl溶液在25℃時電導率為12.88ms/cm。
所謂非均勻電場(也稱作雜散場,漏泄場)沒有常數,而是與離子的種類和濃度有關。因此,一個純雜散場電是復雜的電,它通過一次校準不能滿足寬的測量范圍的需要。
二、影響因素
(1)溫度:電導率與溫度具有很大相關性。金屬的電導率隨著溫度的增高而降低。半導體的電導率隨著溫度的增高而增高。在一段溫度值域內,電導率可以被近似為與溫度成正比。為了要比較物質在不同溫度狀況的電導率,必須設定一個共同的參考溫度。電導率與溫度的相關性,時常可以表達為,電導率對上溫度線圖的斜率。
(2)摻雜程度:固態半導體的摻雜程度會造成電導率很大的變化。增加摻雜程度會造成高電導率。水溶液的電導率高低相依于其內含溶質鹽的濃度,或其它會分解為電解質的化學雜質。水樣本的電導率是測量水的含鹽成分、含離子成分、含雜質成分等等的重要指標。水越純凈,電導率越低(電阻率越高)。水的電導率時常以電導系數來紀錄;電導系數是水在 25°C 溫度的電導率。
(3)各向異性:有些物質會有異向性 (anisotropic) 的電導率,必需用 3 X 3 矩陣來表達(使用數學術語,第二階張量,通常是對稱的)。
三、電導率基準和不少的電導率基準是以相對測量法建立的,是一種副基準。
將一種純度優于99.99%的高純度氯化鉀作為符合推薦的電導率基準物質,由它所配制的基準溶液應具有推薦電導率值。以25℃的溶液電導率為超始點,相應地測出各個電導率常數,然后按下式求出其他溫度的電導率常數K
K=K0(1-at)式中,K0為0℃下電導池常數;a為制作電導池所用玻璃線性膨脹系數;t為溶液溫度,單位℃。
上式為近似推導結果,與考慮復雜情況時多不會超過正負1xl0^(-5)的差別。再根據不同溫度下各溶液在相應電導池上所實測到的電阻值,相應地計算出各溶液在不同溫度下的電導率。因為電導池常數相對變化的溫度系數為-8.49x10^(-6)℃-1,而KCl溶液電導率的溫度系數大約為+2x10^(-2)℃-1。因此,假如1D、0.1D和0.01D溶液在18℃和20℃下所測得的電導率與推薦值—致,則可以認為這樣的相對測量方法是可靠的,這在以后的樣品比較中得到了驗證。其中20℃的推薦值是1972年和1976年IUPAC推薦值。
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