电导率传感器：水质监测

什么是导电性？

导电性是指水的导电能力。这种导电能力需要水中的离子作为电荷载体。纯净的水中不含任何离子（除了偶尔出现的杂乱水分子），因此是一种非常差的导电体。但是，当水吸附化学盐类时，这些盐类会在溶解时向水中添加离子。因此，随着水的离子强度增加，导电性也会增加，水越 “咸”，导电性就越高。

请注意，电导率测量并不一定能告诉您水中离子的浓度，因为不同的离子对电导率的影响不同。大而不美观的离子，如醋酸，不利于导电。小而快的离子（如 H+）对电导率的贡献要大得多。由于天然水通常是不断变化的离子混合物，因此电导率读数只是离子浓度的相对测量值。

盐度通常是根据电导率计算出来的，假定水的化学成分与海水非常相似。在海水中，55,000 µS/cm 的电导率与 35 PSS 的盐度大致相同（PSS 是实用盐度表，已取代传统的 ppt 盐度单位）。从技术上讲，盐度只适用于稀释度和浓度较小的盐水，因此在淡水工作中很少使用。

为什么电导率在水质监测中很重要？

从化学角度来看，电导率读数可用于监测水体的稳定性。电导率不变通常意味着水体中没有添加或减少化学物质。电导率飙升可能表明污染源（如废水排放口、农业径流或潮水入侵）导致离子增加。电导率下降则表明化学输入减少和/或淡水输入增加（例如降雨）。

电导率读数还可用于判断生物健康状况，因为有些动植物物种对高或低电导率很敏感。例如，牡蛎在严重稀释的海水中生长不良。淡水游鱼在咸水中生长不良。

电导率读数也可用于推断。例如，在监测淡水海滩时，通常会假设电导率的突然上升是由于废水污染或降雨径流造成的，而这两种情况通常都与细菌数量较高有关。因此，电导率飙升可能是关闭海滩的原因。

最后，电导率读数用于校正水位测量值和溶解氧读数。增加电导率意味着增加水的密度，因此必须降低水位测量值来进行补偿。增加电导率也会降低氧气在水中的溶解度，因此必须增加氧气饱和度百分比的计算来进行补偿。

如何测量电导率？

测量溶解氧通常使用两种传感器。传统的克拉克电池由两个电极组成，周围环绕着水基电解质溶液，并覆盖着一层透氧膜。当氧气穿过薄膜溶解到电解质中时，会在化学反应中被消耗掉，从而在两个电极之间产生微小的电流。该电流与水样中的含氧量成正比。这种方法在标准方法 4500-O G 中有进一步描述。尤里卡不再提供这种类型的传感器。

第二种溶解氧传感器是光学溶解氧传感器，如 Eureka 的 HDO，它将蓝光照射到稳定在透氧聚合物中的氧活性化合物上。蓝光会使氧活性化合物发出荧光–这就是蓝光传感器的原理。 即以蓝光形式吸收能量，然后以红光形式发射能量。荧光会被氧气淬灭，也就是说，如果存在氧分子干扰氧活性化合物，红光的发射就会减少。存在的氧越多，产生的红光就越少。

当聚合物传感表面暴露在水中时，氧气会根据水中氧气的含量（”分压”）扩散到传感表面。因此，传感器接收到的红光量与水中的含氧量直接相关。红光信号被校准为适当的溶解氧单位。

光学溶解氧传感器已成为标准，并且比克拉克传感器更受青睐，因为它们在现场几乎没有校准漂移，对流量不敏感（不需要循环器），也不需要像克拉克传感器用户那样麻烦地更换膜。2007 年 7 月 1 日，美国环保署批准了 ASTM 国际方法 D888-05《水中溶解氧标准测试方法》，用于测量 40 CFR 136 规定的溶解氧，从而使光学溶解氧传感器可以被政府机构使用。

例如，溶解在湖泊或河流中的氧气量取决于几个变量。气压越高，水中溶解的氧气就越多。水温越高，水中溶解的氧气就越少。

如果在特定的温度和气压组合下，水已经吸收了尽可能多的氧气，那么水中的氧气就达到了饱和。如果平均而言，没有氧气流入或流出水体，则称水中的氧气与大气中的氧气处于平衡状态。

溶解氧 (DO) 通常以两种单位报告。溶解氧浓度是指溶解在水中的氧的重量，报告单位为毫克/升或 ppm。溶解氧饱和度百分比是指水中的氧气与相同条件下水样中可溶解的最大氧气量之比，报告单位为饱和度百分比。

老式的克拉克传感器传统上是在水饱和的空气中进行校准，但在空气饱和的水中进行校准越来越受到青睐。后者的校准方法是在一个一升的容器中摇动半升水一分钟，然后等待一分钟让气泡浮出水面并消失。将溶解氧传感器浸入水中，让其有时间稳定下来。通过对水温和气压的了解，仪器可以计算出水中的溶解氧含量，因为它知道水中的氧气已经饱和。仪器会相应地设置溶解氧传感器的读数。