（精心整理）盐度测量详解

1、盐度测量详解 几十亿年来,来自陆地的大量化学物质溶解并贮存于海洋中。如果全部海洋都蒸发干,剩余的盐将会覆盖整个地球达70m厚。根据测定，海水中含量最多的化学物质有11种：即钠、镁、钙、钾、锶等五种阳离子；氯、硫酸根、碳酸氢根（包括碳酸根）、溴和氟等五种阴离子和硼酸分子。其中排在前三位的是钠、氯和镁。为了表示海水中化学物质的多寡，通常用海水盐度来表示。海水的盐度是海水含盐量的定量量度，是海水最重要的理化特性之一，它与沿岸迳流量、降水及海面蒸发密切相关。盐度的分布变化也是影响和制约其它水文要素分布和变化的重要因素，所以海水盐度的测量是海洋水文观测的重要内容。1. 盐度的定义和演变 绝对盐度是指海水

2、中溶解物质质量与海水质量的比值。因绝对盐度不能直接测量，所以，随着盐度的测定方法的变化和改进，在实际应用中引入了相应的盐度定义。1. 克纽森盐度公式 在本世纪初，克纽森(Knudsen)等人建立了盐度定义，当时的盐度定义是指在 1000g海水中，当碳酸盐全部变为氧化物、溴和碘以氯代替，所有的有机物质全部氧化之后所含固体物质的总数。其测量方法是取一定量的海水，加盐酸和氯水，蒸发至干，然后在380和480的恒温下干燥48h，最后称所剩余固体物质的重量。用上述的称量方法测量海水盐度，操作十分复杂，测一个样品要花费几天的时间，不适用于海洋调查，因此，在实践中都是测定海水的氯度，根据海水的组成恒定性规律

3、，来间接计算盐度，氯度与盐度的关系式(克纽森盐度公式)如下：S=0.030+1.8050Cl克纽森的盐度公式使用时，用统一的硝酸银滴定法和海洋常用表，在实际工作中显示了极大的优越性，一直使用了70年之久。但是，在长期使用中也发现，克纽森的盐度公式只是一种近似的关系，而且代表性较差；滴定法在船上操作也不方便。于是人们寻求更精确更快速的方法。我们知道当导体的两端有电势差时,导体中就有电流通过,而一段导体中的电流I与其两端的电势差()成正比，这就是著名的欧姆定律，即 = G()，式中G为比例系数, 又叫电导。令=，则，常数R称为这段导体的电阻，它与导体的性质和几何形状有关。电阻的单位名称是欧姆(W

4、)。实验表明，对于粗细均匀的导体，当导体的材料与温度一致时，导体的电阻与它的长度成正比，与它的横截面积成反比，即，式中比例系数r 叫做电阻率，单位是W ·，它与材料的性质有关，不同的材料的电阻率也不同。电阻率的倒数叫做电导率，单位为。根据海水的电导率取决于其温度和盐度的性质，通过测定其电导率和温度就可以求得海水的盐度。2. 1969年电导盐度定义 在60年代初期，英国国立海洋研究所考克思(Cox)等人从各大洋及波罗的海、黑海、地中海和红海，采集了200m层以浅的135个海水样品，首先应用标准海水，准确地测定了水样的氯度值，然后测定具有不同盐度的水样与盐度为35.000、温度为15的标

5、准海水、在一个标准大气压下的电导比()，从而得到了盐度椔榷鹊男碌墓叵凳胶脱味葪相对电导率的关系式，又称为1969年电导盐度定义：S=1.80655Cl 电导测盐的方法精度高，速度快，操作简便，适于海上现场观测。但在实际运用中，仍存在着一些问题：首先，电导盐度定义的上两盐度公式仍然是建立在海水组成恒定性的基础上的，它是近似的。在电导测盐中校正盐度计使用的标准海水标有的氯度值，当标准海水发生某些变化时，氯度值可能保持不变，但电导值将会发生变化。其次，电导盐度定义中所用的水样均为表层(200m以浅)，不能反映大洋深处由于海水的成份变化而引起电导值变化的情况。最后，国际海洋用表中的温度范围为1031，

6、而当温度低于10时，电导值要用其它的方法校正，从而造成了资料的误差和混乱。为了克服盐度标准受海水成分影响的问题，进而建立了1978年的实用盐标（PSS78）。3. 1978年实用盐标 实用盐标依然是用电导的方法测定海水的盐度，与1969年电导盐度定义不同之处是，它克服了海水盐度标准受海水成分变化的影响问题。在实用盐标中采用了高纯度的KCl，用标准的称量法制备成一定浓度(32.4357)的溶液，作为盐度的准确参考标准，而与海水样品的氯度无关，并且定义盐度：在一个标准大气压下，15的环境温度中，海水样品与标准KCl溶液的电导比:(C,表示电导值),则该样品的实用盐度值精确地等于35，若，则实用盐度

7、的表达式为(1-1)S为实用盐度符号，是无量纲的量，如海水的盐度值为35，实用盐度记为35，式(1-1)中可用代替，是在大气压力下，温度为15时，海水样品与盐度为35的标准海水的电导比。式中， 当有效。对于任意温度下海水样品的电导比的盐度表达式为： (1-2)式中第二项为温度修正项，系数a与公式(1-1)中的相同,系数分别为：K=0.0162， (-2 £ T £ 35)2. 盐度的测量 1. 观测时次、标准层次及精度要求 盐度与水温同时观测，大面或断面测站，船到站观测一次，连续测站，一般每两小时观测一次。根据需要，有时一小时观测一次。盐度测量的标准层次及其它有关规定与温度

8、相同。根据不同观测任务对测盐准确度的要求，通常对海上水文观测中盐度精度分为三级标准(表 1)：表 1 测量范围、准确度、分辨率精确度等级准确度分辨率1± 0.020.0052± 0.050.013± 0.20.052. 盐度的测量方法 盐度测定，就方法而言，有化学方法和物理方法两大类。1化学方法化学方法又简称硝酸银滴定法。其原理是，在离子比例恒定的前提下，采用硝酸银溶液滴定，通过麦克伽莱表查出氯度，然后根据氯度和盐度的线性关系，来确定水样盐度。此法是克纽森等人在1901年提出的，在当时，不论从操作上，还是就其滴定结果的精确度来说，都是令人满意的。2物理方法物理方法

9、可分为比重法、折射法、电导法三种。比重法测量是海洋学中广泛采用的比重定义，即一个大气压下，单位体积海水的重量与同温度同体积蒸馏水的重量之比。由于海水比重和海水密度密切相关，而海水密度又取决于温度和盐度，所以比重计的实质是，从比重求密度，再根据密度、温度推求盐度。折射率法是通过测量水质的折射率来确定盐度。以上几种测量盐度的方法存在误差较大、精度不高、操作复杂、不利于仪器配套等问题，尽管还在某种场合下使用，但逐渐被电导测量所代替。电导法是利用不同盐度具有不同导电特性来确定海水盐度。1978年的实用盐标解除了氯度和盐度的关系，直接建立了盐度和电导率比的关系。由于海水电导率是盐度、温度和压力的函数，因

10、此，通过电导法测量盐度必须给予温度和压力对电导率的影响进行补偿，采用电路自动补偿的这种盐度计为感应式盐度计。 采用恒温控制设备，免除电路自动补偿的盐度计为电极式盐度计。感应式盐度计以电磁感应为原理，它可在现场和实验室测量，而得到广泛的应用，在实验室测量中精度可达± 0.003。该仪器对现场测量来说是比较好的，特别对于有机污染含量较多、不需要高精度测量的近海来说，更是如此。然而，由于感应式盐度计需要的样品量很大，灵敏度不如电极式盐度计高，并需要进行温度补偿，操作麻烦，这就导致感应式盐度计又转向电极式盐度计的发展。最先利用电导测盐的仪器是电极式盐度计，由于电极式盐度计测量电极直接接触海水

11、，容易出现极化和受海水的腐蚀、污染，使性能减退，这就严重限制了在现场的应用，所以主要用在实验室内做高精度测量。加拿大盖德莱因(Guildline)仪器公司采用四极结构的电极式盐度计(8400型)，解决了电极易受污染等问题，于是电极式盐度计得以再次风行。目前广泛使用的STD、CTD等剖面仪均是电极式结构的。3. 利用现场温盐深仪测量盐度原理 从现场调查的CTD仪获取的相对电导率R、温度、压力数据，必须经过处理后方才得到盐度资料，因为现场测定的相对电导率可分成三部分，即( -1)这里C(35,15,0)是一个定标常数,它与定标时实验室的条件有关,Mark型CTD系统C(35,15,0)=42.90

12、9(ms/cm)。可用现场观测得到的温度和压力表示。压力对电导比的影响，布莱德霄(Bradadshow)测得的结果是：式中:为标准海水的温度系数,多菲尼(Dauphince)等人得到的表达式为:这里,由此求得,通过就可算出海水的盐度。利用温盐深仪测盐度时，每天至少应选择一个比较均匀的水层，与利用实验室盐度计对海水样品的测量结果对比一次，如发现温盐深仪的测量结果达不到所要求的准确度，应调整仪器零点或更换仪器探头。对比结果应记入观测日志。温盐深的电导率传感器必须保持清洁，每次观测完毕都须用蒸馏水(或去离子水)冲洗干净，不能残留盐粒或污物。3. SYC2-2型实验室海水盐度计测盐度 1. 测盐度原理

13、 SYC2-2 型实验室海水盐度计是利用电极电导池在实验室测试海水相对电导率的一种仪器。其测量海水电导率为0.11.19999，即相当于盐度334，使用环境温度条件在0以上，室温与通常温度条件下均可，被测水样温度范围在0以上，40以下，精确度为± 0.003，耗水样数量(包括洗涤)共计60ml。水样采集后可立即测定，用可换海水作温度补偿，因此无需定期校正温度补偿电路。而且适合在陆上或船上的实验室使用。2.SYC2-2型实验室海水盐度计采用双电导池结构(如图 1)。其中电导池(1)内充灌标准海水或其它洁净海水(其盐度接近35者为佳)，用于温度补偿，电导池(2)用于样品海水的测量，电导池

14、用硬质玻璃制成，每只内装有两支镀有铂黑的片状白金电极，两电导池同置于一小型的非恒温水浴之中，水浴中有一微型电动搅拌器，使两电导池的温度一致。该仪器采用音频振荡器输入音频电讯号供给交流电桥。测量电桥的 ,为简化瓦格纳尔接地支路；( 读数单元)及(校准定位单元)均为串联十进位标准电阻箱构成交流电桥两个可调臂。为可调电容器，为固定电容器。检测电路中设置了性能优良的选频放大器，用以抑制各种外来干扰信号，为了使检测系统具有足够的灵敏度和动态范围，还设置了多档衰减器，采用了对数检波器。测定时，先用已知电导比标准海水进行校准，将两电导池注入同一盐度的标准海水(盐度不一定正好等于35)，设电导池(1)、(2)

15、内标准海水的电阻分别为，开动搅拌器，经23min后两电导池的温度即与水浴温度一致。根据水浴温度t及标准海水的盐度查得，调整使其读数等于，然后再调整使电桥平衡，设这时的读数为，根据交流电桥平衡原理有 (3 -1)式中、分别为电导池(1)及(2)、相对电导率为的标准海水时的电阻值。若设电导池(1)及(2)的电导池常数分别为 ,标准海水在t时之电阻率为 ,则( 3-1)式可得 ( 3-2)因电导池的温度系数极小，水浴温度波动对其影响可忽略不计。所以 为一常数，则 亦为一常数，即当值固定时，亦固定，不随水浴温度变化而变化。再将电导池(2)中的标准海水排出，注入待测水样，电导池(1)中的标准海水不换(在

16、测量过程中始终不换)，这样在固定情况下，调整旋钮使电桥平衡，设此时读数为b，并设电导池(2)中样品海水t时电阻为，则根据电桥平衡关系有： ( 3-3)由( 3-1)和( 3-3)得： ( 3-4)根据电导盐度定义，水样相对电导率定义为： ( 3-5)( 3-6)为电导率。上式中为盐度35的标准海水在t时的电阻，由( 3-3)和( 3-6)式得 ( -7)将式( 3-4)与式( 3-7)比较则得，3. HD-2型实验室海水盐度计外部结构(图2) (1)微安表(2)测量增益开关，1-10K灵敏度相应增加。4.(3)微安表短路开关，测定水样时开，换水样时关，换水样时接地。(4)外壳接地。(5)仪器外

17、接直流电源时，可使用12VDC，使电桥工作，但此时水泵不能启动。(6)保险丝(0.1A)(7)电源指示灯。(8)220V电源开关。(9)自左至右5个旋钮，为串联十进位可调电阻，其阻值依次减小，作定位校准A单元。(10)可调电容器(即)。(11)测量开关，测量及校准时，皆打向左方“测量校准”；检查仪器电阻有无损坏才打向“自校”。(12)固定电容器(即)。(13)、（14）、（15）线柱。与电导池连结。(16)读数单元：(即单元)分为五档，自左至右依次 , 。(17)搅拌开关，控制水浴中搅拌马达，测量时搅拌马达必须连续工作，换水样时也照常搅拌。(18)水泵开关，只在电导池换水样时使用，水样更换后即

18、关闭(水泵在仪器右侧的水浴后边)。(19)搅拌马达。(20)缓冲瓶活塞用于控制电导池(2)更换海水。(21)缓冲瓶活塞用于控制电导池(1)更换海水。(22)水泵电磁铁。(23)水泵轴承。(24)水泵出口，用乳胶管接至下水道或塑料桶中排出废液。(25)水泵入口，接缓冲瓶下面的出水口。5. 测定方法 1使用前的准备(1)将仪器右侧的水浴中注水，取蒸馏水用导管引入仪器左侧有机玻璃水浴中，至水面离水浴盖板2cm处。(2)仪器接地。将仪器面板“4”处接地或接到自来水管或船体上。(3)参考海水准备，准备一个10升左右的小口试剂瓶，内装经粗滤纸或23号砂芯漏斗滤过的任何盐度之自然海水(若盐度为35则更好)，

19、瓶口装橡皮塞，插一支出水导管，再插一支带活塞的短通气管，这样可以瓶中引出海水并能防止瓶内海水蒸发。此海水之盐度用本盐度计多次测定，取其平均值写成标鉴贴在瓶上，称为参考海水。(4)电导池的检查：开启电源开关，关闭微安表短路开关。将电导池(1)接通参考海水导管。打开水泵开关，再打开缓冲瓶的活塞开关(1)，关闭活塞(2)(把手垂直为关闭)，从参考海水瓶中抽取海水，2min后，关闭活塞(2)及水泵开关，观察电导池内有无气泡，若有气泡可再抽水，通过调节活塞(2)赶走气泡。开启搅拌开关，让搅拌器一直工作。将校准单元A旋钮在80 000位置，开启微安表短路开关，调节Rt单元各档，使电桥平衡，当调节第四及第五

20、档时，若灵敏度低，可配合调节，记录Rt示值。然后关闭微安表短路开关，开启水泵开关，及活塞(2)再从参考海水瓶中抽取少量水(开动水泵几秒钟即可)。关闭活塞(2)和水泵开关，等一min后开启微安表短路开关，由于参考水样(或其它水样)温度与水浴中水温度不一定相同，因此，水样抽入电导池后，有一个温度平衡过程(这从表头指针不停地运动可观察到)。必须等A表指针稳定后表示两支电导池已达到严格温度平衡，方可调整Rt各旋钮，否则将会引入测量误差，若水样温度与水浴温度相差较大，那么指针稳定时间较长(一般来说抽取水样后，等2min，温度就能达到平衡)。此时，调节各旋钮进行测试无问题。如此反复往电导池(2)中抽参考水

21、样56次，若读数值(Rt示值)，最后一位相差最多56× 个数值，说明此电导池(2)中电极固定牢固，同时也表明此电导池不漏水，性能良好。然后，将参考海水引水管接电导池(1)，按上法依次取水56次，按上法进行调节Rt，测得相应的Rt数值(注意此时因仪器未经校准。测出相应的Rt值仅相对示值，并不是海水样品之真正Rt)。若几次结果最后一位相差56×个数值，则认为此电导池质量也是好的。有时，特别是当电导池中原为蒸馏水，最初抽入海水洗涤还不充分(一般第一次抽海水60mI以上方能使测得值稳定)，开始几个数据可能波动较大些，但只要电导池固定牢固，电导池也无渗漏，那么在继续抽取海水测试时，数

22、据将会趋稳定值。反之，证明电导池有问题，需要更换。2测定步骤(1)仪器定位标准取一瓶标准海水，仔细检查管口及管颈有无白色“盐”析出，如果有这些现象，表明安瓿有渗漏现象，应换一瓶标准海水。将标准海水用力摇动，使其中管嘴部与内部海水混合均匀，开启标准海水，然后，乳胶管的一端连接电导池(1)，松开乳胶管上铁夹，开启电源开关，开启活塞(1)及水泵开关，关闭A表短开关抽水，待安瓿中液面下降45cm后，关闭活塞(1)及水泵开关，观察电导池(1)中有无气泡，若无，则夹紧安瓿上端铁夹，再将下端乳胶管接通电导池(2)，松开上下端乳胶管上铁夹，开启活塞(2)和水泵开关，往电导池(2)中抽水，待安瓿中液面下降45c

23、m左右停止抽水,关闭活塞(2)和水泵开关，夹紧安瓿上乳胶管上铁夹。用一支普通温度计测量水浴温度t，根据标准海水R15值和水浴中温度t，取一位小数，查海洋学常用表得出对应的Rt值，将此值置于Rt读数单元对应的位置上。对校准单元A进行平衡调节，打开A表开关。将增益开关放到×1档，调节校准单元A的第一个旋钮，观察A表指针变化，使A表读数最小，再将增益开关放到×10档，调节A单元第二个旋钮，使A表指针读数最小。依次类推在调节最后两档时，应配合调节旋钮，使电桥平衡，记录最后A读数，然后关A表短路开关，开启安瓿乳胶管铁夹和活塞(2)及水泵开关，再取标准海水510ml注入样品海水电池中，

24、关水泵开关和活塞(2)及安瓿上乳胶管之铁夹，等2min后，开启A表短路开关，调节A单元的最后两档至电桥平衡，如此反复进行换水。若相邻的两次换水A单元值最后一位数差不大于3×个字，定位步骤即告完毕。此时，校准单元A的旋钮在测试过程中不得再变动。及电导池(1)中之标准海水，在测试过程中也不得更换，否则将需重新进行定位步骤。(2)测量海水样品的盐度。将样品海水电导池(2)与标准海水安瓿断开，并在电导池(1)管口接一条长约10cm干净的乳胶管，乳胶管另一端接一取样管，再将取样管插入样品瓶中(注意勿插入瓶底，防止沉于底部污物随海水抽入电导池中)，再开启水泵，控制活塞抽取水样，当样品消耗60ml

25、 后，关水泵和活塞，此时电导池(2)的水样中应无气泡，若有，需再抽水将其赶走。将检测增益放到×1档，开启A表短开关，调Rt单元的×0.1档旋钮，使A表读数达到最小；再把检测增益放到×10档，调Rt单元的×0.01档旋钮，使A表读数达到最少，再把检测增益放到×100档，调Rt单元的×0.001档旋钮，使A表读数达最小，再把检测增益放在×1K档，调Rt单元的×0.0001档旋钮和Cx旋钮，使A表读数就达到最小；最后检测增益放到×10 K档。调Rt单元的×0.00001档旋钮和Cx旋钮使A读数达到最小

26、；记下这个读数Rt，以及水浴温度的数值。对于要求特别高的测定，可再抽1020ml的样品海水，等2min后重复以上操作，所得读数Rt应在最后一位相差不超过3个字。无论在调节定位校准A单元或Rt读数单元时调节旋钮次序必须从最左边的旋钮开始依次直到最后一个旋钮，每一个旋钮都是十进位制的，例如某个旋钮转到10不能使A表指数达最小位置，则需将前一档数字加1，再将这样一档转到零。同时，再调节这档使A表读数量小，反过来，如果将某档转到数值为“0”不能使A表指零，则应将前一档值减1，再调节此档旋钮使A表指数达最小值。同一个水样重复测定时，通常只需调节最后一位，即可达到平衡，如果洗涤不好则数值可能变动大些。6.

27、 仪器的维护及注意事项 1只有当A指针已落到0附近，才能转动检测增益旋钮拨到最大一档，否则易使表头烧坏。2 A表示短路开关在电导池抽取水样时使其接地(打向下方)，以免换水时电桥严重不平衡而损坏表头指针。3旋钮一般是在调A或Rt之第四档及第五档时使用，每次拨动旋钮使A表读数到最小位置以后，若发现电流自动慢慢变大，则说明温度还不够均匀。可稍等片刻使温度稳定后再测，如果发现转动时A表不是连续有规律变化而有跳动现象，说明内极片有短路现象，需调换此可调电容器。4仪器的正常工作条件是在两电极上和电极间无气泡或其它异物，若有气泡必须继续抽取海水将其赶走，特别要防止安瓿瓶的玻璃屑进入电导池，若电极或电极间有气

28、泡或异物将会引起很大的误差。若水样不够清洁，请通过有砂芯的漏斗注入水样。5电导池的铂电极上镀有铂黑，对海水中污物有很大吸附性能，因此，对于较混浊海水，应静置一段时间，待它沉清后，再经取样管抽取上层清液进行分析测定。若取样管砂芯沾有污物，进水将不顺畅，此时，可将其放在洗液中浸泡5min，然后用自来水冲洗干净，再继续使用。若电导池中铂黑电极吸附过量，必要时可用2N的HCl注入电导池中浸泡电极一段时间，然后将酸液抽走，用水洗涤干净继续使用。酸液不会腐蚀电极，但会腐蚀水泵中的橡皮皮阀，用酸液浸洗电极时，请将电导池与水泵断开，勿使酸液通过水泵阀门。6每天工作完毕用蒸馏水保存，以维护电导池。7当开启水泵开关时，水泵无音响，可能水泵轴承有移位，影响其动作，也可能驱动水泵线路板发生故障，若发现水泵轴承往复工作正常，但不能抽取水样时，要检查缓冲活塞有无漏气，转动是否灵活，若不灵活或漏气，可取下活塞擦干，抹上少量凡士林再插入使