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电导率仪的原理

电导率仪的核心原理是利用电解质溶液的导电特性,通过测量溶液中离子在电场中的导电能力,换算得到电导率数值,本质是对溶液电阻的反向测量(电导率 = 1 / 电阻率),核心依托欧姆定律和电极的电导池常数实现定量检测,以下从基础导电原理、仪器检测原理、核心组件作用、关键换算关系四层拆解,兼顾专业性和易懂性:

一、先明确:电解质溶液的导电本质

与金属靠自由电子导电不同,电解质溶液靠其中的阴阳离子导电:当溶液两端施加电场时,阳离子向负极移动、阴离子向正极移动,离子的移动形成电流,溶液的导电能力取决于离子浓度、离子电荷数、离子移动速率(温度是影响离子速率的核心因素)。离子浓度越高、电荷数越多(如 Ca²+>Na+),溶液导电能力越强,电导率数值越大;纯水因离子极少,电导率极低(25℃时约 0.055 μS/cm)。

二、电导率仪的核心检测原理(两步法)

电导率仪无法直接测电导率,而是通过测溶液电阻,结合电极固有参数和温度补偿,换算出电导率,核心分两步:

步骤 1:向溶液施加高频交变电场,测量溶液电阻 R

仪器的电导电极(含两个 / 四个金属电极)插入溶液后,电极间形成固定距离和固定面积的电场区域(即电导池),仪器向电极施加高频交变电流(而非直流),目的是避免电极极化(直流电会导致离子在电极表面沉积,形成极化层,使测量电阻偏大、结果失真)。通过电路检测电极间的电压和电流,根据欧姆定律 R=U/I,计算出溶液在该电导池中的电阻值。

步骤 2:结合电导池常数 K,换算电导率 κ

电导率的定义是单位长度、单位截面积的电解质溶液的电导(电导 G=1/R),公式为:κ=G×K=RK其中电导池常数 K是电极的固有参数,由电极的电极间距 L和有效电极面积 A决定,K=L/A,单位为 cm⁻¹;K 的数值并非固定标注,需通过标准溶液校准(如用 0.01mol/L KCl 标准溶液,已知其 25℃电导率为 1413 μS/cm,测其电阻 R 标,即可算出 K=κ 标 ×R 标),这是电导率仪校准的核心环节。

电导率仪的原理可概括为:以高频交变电场避免极化,通过电导电极测溶液电阻,结合电导池常数换算电导率,再经温度补偿得到标准数值,最终反映溶液中离子的总导电能力。

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