盐度测量——精选推荐

盐度测量
在海洋学研究中，海⽔密度是描述其特征的⼀个重要参数；海洋中的各种现象，如⼤洋环流深海密度流以及⽔声传播，都与海洋中海⽔密度的分布与变化规律密切相关。

⽽海洋⽣态环境也受盐度的重要影响。

海⽔盐度标准[1][2]：
海⽔的盐度是海洋的⼀项基本参数。

由于盐度本⾝所具有的特珠的重要性,⼏百年来,⼈们⼀直在研究它通过坚特不懈的实践, ,探索盐度的实质,逼近绝对盐度(绝对盐度定义为:海⽔中溶解盐的质量时海⽔质量的⽐。

实际上,直接测量绝对盐度是极其困难的。

我们通常测定的盐度本质上只是实⽤盐度。

1902年，根据海⽔主要成分的⽐值近似恒定"基于化学⽅法的氯度盐使⽤了65年。

1967年，盐度重新定义"给出盐度与氯度新关系式和盐度与相对电导率关系式，使⽤11年。

1978年，作为当前⽔平的⼀个重要标志,就是联合国教科⽂组织(UNESCO)、国际海洋考察理事会(ICES)、海洋研究科学委员会(SCOR)和国际海洋物理科学协会(IAPSO)批准。

并从1982年1⽉1⽇起在全世界正式使⽤的“PSS78国际实⽤盐标”和国际海⽔状态⽅程EOS-80及其海洋学常⽤表。

在推⼴应⽤了30年后，EOS-80 和实⽤盐度的不⾜之处愈发明显，于是海洋学家着⼿构建2010 年国际海⽔热⼒学⽅程（International Thermodynam-ics Equation of Seawater-2010,TEOS-10）TEOS-10 是全新的6⾼精度的综合公式，它构建的基础依然是海⽔的密度6温度与压强等关键性因素，但是其核⼼思想发⽣了实质性变化。

测量⽅法：
1.电导法测量：
利⽤海⽔不同盐度下导电率不同，由标准盐度参照进⾏测量海⽔盐度。

根据应⽤条件不同可分为实验室测量与实时测量装置。

电导法实时测量具有⼩型化，精度⾼，数字化等优势，我国从六⼗年代初开始“现场”测量电导盐度计的研制⼯作,⾄今已取得⼀定的成果。

在过去所作的研究的基础上,⽤我国现在普通使⽤
的⼀些电⼦仪器及有关设备,装配了⼀套精密测量海⽔盐度的电桥及恒温装置,并进⾏了对中国标准海⽔盐度的测定,与电位滴定法结果进⾏了⽐较,最后结果表明,这套装置在实验室内测定海⽔盐度精度达⼟0.002‰S,换算为氯度为⼠0.00‰Cl,研究结果还表明中国标准海⽔的电导⽐,盐度、氯度关系与⼤洋⽔是⼀致的。

[3] 智能化的海洋监测仪器中电导法测量海⽔盐度是最可⾏⽅便的⽅式[4]。

图1 智能化监测仪器框图
海⽔盐度监测数字化是⾮常有必要的，采⽤⽤电导法原理,以两根平⾏安置的圆柱状不锈钢材料做探头，由于盐度不同,电导率不同,从⽽探头两端电阻不同电桥将电阻的变化转换为输出电压的变化,接着经放⼤和线性补偿后传输给A/D 转换器,最后由A/D 转换器驱动液晶显⽰器进⾏盐度数字显⽰[5]。

2.光学折射法[6]：
折射法检测盐度是根据光线在不同折射率液体当中会发⽣折射的基本原理来进⾏检测
图2 光学折射法
利⽤棱镜模型⽽不是平⾏平板模型，提⾼了光线的偏折⾓; 通过设置多个棱镜模块，进⼀步扩⼤偏折⾓，从⽽⼤⼤提⾼系统的分辨⼒，设计了光路并进⾏仿真分析，研制了样机并进⾏了海上实验#结果表明，盐度检测的分辨⼒达
0.0012‰，重复性不⼤于±0.1‰。

3.布⾥渊散射法[7]：
当⼀束光射⼊⽔中时,会发⽣弹性散射和⾮弹性散射,布⾥渊散射即是⾮弹性散射的⼀种,其特点是散射光有频移。

利⽤海⽔在不同盐度下的不同频移特性来测量，结果表明，盐度检测的分辨⼒达0.0012%，重复性不⼤于0.016%。

图3 布⾥渊散射法
布⾥渊散射⽅法是⼀种很好的实时监测⽅法。

与常规声速测量⽅法相⽐,布⾥渊散射⽅法具有以下优点:由于利⽤了光散射,实时性好;由于采⽤调频探测,抗⼲扰性好,信噪⽐⾼,测量精度⾼;由于是⾮接触探测,适⽤于恶劣环境及⼈员、设备不便直接到达的环境的监测。

4.等厚⼲涉法[8]：
尹会听、王洁等提出等厚⼲涉法测量盐度的⼀种⽅法，将⼀块曲率半径R 较⼤的平凸透镜的凸⾯置于⼀光学平板玻璃上,在透镜凸⾯和平板玻璃间充满空⽓,其厚度从中⼼接触点到边缘逐渐增加。

当平⾏光⼊射时,⼊射光将在薄膜上、下两表⾯反射,产⽣具有⼀定光程差的两束相⼲光,形成明暗交替的同⼼圆环即是⽜顿环。

根据不同盐度下的盐度折射率不同，得出经验公式来计算盐度。

保持室内温度不变的条件下,利⽤读数显微镜测量空⽓⽜顿环数据。

在相同的条件下,测量盐度从O到20%,间隔为2%的盐溶液折射率。

运⽤同样的⽅法,得到盐度间隔2%的不同溶液的折射率。

并利⽤MAITLAB软件绘出折射率⼀盐度关系直线，拟合直线⽅程即是折射率⼀盐度经验公式。

图4 等厚⼲涉法折射-盐度关系
5.海表⾯盐度遥感技术[9][10][11]
⽤微波辐射计遥感海⽔盐度的原理是:海洋盐度变化会改变海⽔的介电常数,进⽽使海⾯辐射的微波亮度温度(简称亮温)发⽣变化,利⽤微波辐射计测量海⽔的亮度温度,通过反演就可以从测量的微波亮度温度中得到海⽔的盐度。

20世纪70年代,海⽔盐度遥感的基本理论体系已经建⽴起来,并⼴泛开展了盐度遥感的航空实验。

国际上有两个⼤的盐度遥感研究计划，即欧洲的SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity)计划和美国的Aquarius计划。

表1 历年遥感测量盐度实验与项⽬
6.基于核磁共振技术的海⽔盐度测量研究[12][13]
贾伟⼴提出利⽤核磁共振测定盐度的设想，为了进⼀步提⾼测量盐度的准确度提出新的测量原理和⽅法，利⽤核磁共振适合于液体的性质，对海⽔样品内所含元素进⾏精确的定量分析，通过建⽴数学模型并进⼀步分析处理后得到海⽔盐度的精确值。

某些有磁矩的原⼦核在静磁场中，由于磁矩和磁场相互作⽤形成⼀组分裂的能级，在适当频率的射频作⽤下，能级间发⽣跃迁⽽出现共振。

⽽核磁共振特点有：
a 深⼊物质内部并且不会破坏它的物理和化学性质
b精密、准确地进⾏定、定量的分析
c⾼选择性，不同元素及其同位素的旋磁⽐不同
d 实验条件限制少，不需要微波谐振腔
e 分辨率较⾼，⼀般吸收谱线较窄
f 灵敏度，可通过多次采集数据及双共振技术提⾼
g 具有核磁矩的元素均可以进⾏实验⽬前有88种
h可以进⾏动态观测
7.各种离⼦的测定[13][14]
殷学博，王晓媛等对海⽔中Li、Rb、B与Sr的测定进⾏了研究，海洋分析学家采取分离富集⽅法, 有效去除基体元素, 实现痕量元素富集, 达到准确测试的⽬的, 海⽔中微量元素Li、Rb、B、Sr 含量相对较⾼, 为0.10 ~8 mg/L 量级, 并且海⽔中Na、Cl、Mg、K、Ca 等基体元素形成的原⼦分⼦NaAr+、MgAr+、ClO+、NaCl+等不会给这4种元素的测试带来⼲扰。

仪器采⽤美国PE 公司ELAN DRC II 电感耦合等离⼦体质谱(ICP-MS): 采样锥(孔径 1.1 mm)和截取锥(孔径0.9 mm)均为铂锥, scott 交叉雾化室, 雾化⽓流速0.82 L/min, 辅助⽓流速 1.2 L/min, 等离⼦⽓流速15 L/min, 透镜压 6 V, ICP 射频功率1 200 W, 脉冲压 1 250 V, 模拟压?2 350 V。

对⼤西洋海⽔中Li、Rb、B 与Sr 的测定，⼤西洋海⽔含量⽐较稳定, Li 的含量在175～179 µg/L 之间, 标准偏差为 1.63 µg/L,相对标准偏差为0.92 %;硼的含量变化较⼤在4.49～4.80 mg/L 之间, 标准偏差为0.12 mg/L, 相
对标准偏差为2.65%; Rb 含量在119～125 µg/L 之间, 标准偏差为2.28 µg/L, 相对标准偏差为1.85%; Sr含量在7.71～8.21 mg/L 之间, 标准偏差为0.17 mg/L, 相对标准偏差为2.20%; 可以看出⼤西洋底部海⽔中Li、Rb、B 与Sr 元素含量稳定, ⼏乎没有变化,其变化量也在ICP-MS 测试数据范围内, 从数据结果可以看出⼤西洋底层海⽔成分均⼀, ⽆变化。

此外还有通过浮⼒[15]、化学滴定等⽅法测量盐度的⽅法。

参考⽂献
[1]李亚南,⾼占科,索利利海⽔盐度计量进展:TEOS-10及绝对盐度
[2] IOC, SCOR，IAPSO. 2010, 56: 196.The international thermodynamic equation of seawater-2010: Calculation and use of thermodynamic properties [J]. Intergovern-mental Oceanographic Commission, Manuals and Guides.
[3]电导法测定中国标准海⽔的盐度和氯度.⼭东海洋学院化学系
[4]1992.庄培祥,郑宝兴.智能化的海洋检测仪器
[5]2003.林华清,陈华章.数字式海⽔盐度计的研制. ⼴东⼯业⼤学学报
[6]2011.陈世哲,刘世萱,范秀涛,赵⼒,王晓燕,李民.基于棱镜模型多次折射法的海⽔盐度检测系统.光学学报
[7]2000.刘⼤⽲,汪华英,周静.布⾥渊散射法测量盐度及温度不同的海⽔中的声速.中国激光
[8]2008 .尹会听,王洁,唐君.等厚⼲涉法测量盐度.⼤学物理实验
[9]2007.李青侠,张靖,郭伟,雷震东,张祖荫.微波辐射计遥感海洋盐度的研究进展.海洋技术
[10]/doc/2fcaa17f76c66137ee0619ac.html gerloef G S E, Swift C T and Le Vine D M. Sea surface salinity: The next remote sensing challenge. Oceanography.
[11]2006.王杰,矫⽟⽥.海表⾯盐度遥感技术的发展与应⽤.海洋技术
[12]2011.贾伟⼴.基于核磁共振技术的海⽔盐度测量研究探讨.海洋技术
[13]2013.殷学博, 王晓媛.电感耦合等离⼦体质谱测定海⽔中的锂、铷、硼、锶.海洋科学
[14]2009.俞凌云,朱娟,张新申.氯离⼦测定⽅法及其应⽤研究.西部⽪⾰
[15]1998.包万友,侯宝荣.⼀种浮⼒式盐度计.海洋与湖沼。