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電導(dǎo)率的概念及影響因素

時間:2022-04-14 16:04:40   訪客:871

    電導(dǎo)率,物理學(xué)概念,指在介質(zhì)中該量與電場強(qiáng)度之積等于傳導(dǎo)電流密度。對于各向同性介質(zhì),電導(dǎo)率是標(biāo)量;對于各向異性介質(zhì),電導(dǎo)率是張量。生態(tài)學(xué)中,電導(dǎo)率是以數(shù)字表示的溶液傳導(dǎo)電流的能力。單位以每米毫西門子(mS/m)表示。

    電導(dǎo)率的測量通常是溶液的電導(dǎo)率測量。固體導(dǎo)體的電阻率可以通過歐姆定律和電阻定律測量。電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的測量一般采用交流信號作用于電導(dǎo)池的兩電板,由測量到的電導(dǎo)池常數(shù)K和兩電板之間的電導(dǎo)G而求得電導(dǎo)率σ。

    電導(dǎo)率測量中早采用的是交流電橋法,它直接測量到的是電導(dǎo)值。常用的儀器設(shè)置有常數(shù)調(diào)節(jié)器、溫度系數(shù)調(diào)節(jié)器和自動溫度補(bǔ)償器,在一次儀表部分由電導(dǎo)池和溫度傳感器組成,可以直接測量電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率。


    一、電導(dǎo)率的測量原理電導(dǎo)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(dǎo)儀測量板間電導(dǎo)。

電導(dǎo)率的測量需要兩方面信息。一個是溶液的電導(dǎo)G,另一個是溶液的幾何參數(shù)K。電導(dǎo)可以通過電流、電壓的測量得到。根據(jù)關(guān)系式S=K×G可以等到電導(dǎo)率的數(shù)值。這一測量原理在直接顯示測量儀表中得到廣泛應(yīng)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(shù)。在電間存在均勻電場的情況下,電常數(shù)可以通過幾何尺寸算出。當(dāng)兩個面積為1cm的方形板,之間相隔1cm組成電時,此電的常數(shù)K=1cm。如果用此對電測得電導(dǎo)值G=1000μs,則被測溶液的電導(dǎo)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(shù)必須用標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行確定。標(biāo)準(zhǔn)溶液一般都使用KCl溶液這是因?yàn)镵Cl的電導(dǎo)率的不同的溫度和濃度情況下非常穩(wěn)定,準(zhǔn)確。0.1mol/l的KCl溶液在25℃時電導(dǎo)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(shù),而是與離子的種類和濃度有關(guān)。因此,一個純雜散場電是復(fù)雜的電,它通過一次校準(zhǔn)不能滿足寬的測量范圍的需要。


    二、影響因素

  (1)溫度:電導(dǎo)率與溫度具有很大相關(guān)性。金屬的電導(dǎo)率隨著溫度的增高而降低。半導(dǎo)體的電導(dǎo)率隨著溫度的增高而增高。在一段溫度值域內(nèi),電導(dǎo)率可以被近似為與溫度成正比。為了要比較物質(zhì)在不同溫度狀況的電導(dǎo)率,必須設(shè)定一個共同的參考溫度。電導(dǎo)率與溫度的相關(guān)性,時??梢员磉_(dá)為,電導(dǎo)率對上溫度線圖的斜率。

  (2)摻雜程度:固態(tài)半導(dǎo)體的摻雜程度會造成電導(dǎo)率很大的變化。增加摻雜程度會造成高電導(dǎo)率。水溶液的電導(dǎo)率高低相依于其內(nèi)含溶質(zhì)鹽的濃度,或其它會分解為電解質(zhì)的化學(xué)雜質(zhì)。水樣本的電導(dǎo)率是測量水的含鹽成分、含離子成分、含雜質(zhì)成分等等的重要指標(biāo)。水越純凈,電導(dǎo)率越低(電阻率越高)。水的電導(dǎo)率時常以電導(dǎo)系數(shù)來紀(jì)錄;電導(dǎo)系數(shù)是水在 25°C 溫度的電導(dǎo)率。

  (3)各向異性:有些物質(zhì)會有異向性 (anisotropic) 的電導(dǎo)率,必需用 3 X 3 矩陣來表達(dá)(使用數(shù)學(xué)術(shù)語,第二階張量,通常是對稱的)。

   

    三、電導(dǎo)率基準(zhǔn)和不少的電導(dǎo)率基準(zhǔn)是以相對測量法建立的,是一種副基準(zhǔn)。

將一種純度優(yōu)于99.99%的高純度氯化鉀作為符合推薦的電導(dǎo)率基準(zhǔn)物質(zhì),由它所配制的基準(zhǔn)溶液應(yīng)具有推薦電導(dǎo)率值。以25℃的溶液電導(dǎo)率為超始點(diǎn),相應(yīng)地測出各個電導(dǎo)率常數(shù),然后按下式求出其他溫度的電導(dǎo)率常數(shù)K

K=K0(1-at)式中,K0為0℃下電導(dǎo)池常數(shù);a為制作電導(dǎo)池所用玻璃線性膨脹系數(shù);t為溶液溫度,單位℃。

上式為近似推導(dǎo)結(jié)果,與考慮復(fù)雜情況時多不會超過正負(fù)1xl0^(-5)的差別。再根據(jù)不同溫度下各溶液在相應(yīng)電導(dǎo)池上所實(shí)測到的電阻值,相應(yīng)地計(jì)算出各溶液在不同溫度下的電導(dǎo)率。因?yàn)殡妼?dǎo)池常數(shù)相對變化的溫度系數(shù)為-8.49x10^(-6)℃-1,而KCl溶液電導(dǎo)率的溫度系數(shù)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(dǎo)率與推薦值—致,則可以認(rèn)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(yàn)證。其中20℃的推薦值是1972年和1976年IUPAC推薦值。

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