圖片：市售的其中一種簡易型電導度計。
作者：嚴融怡
測量電解質(酸、鹼、鹽，其中主要為鹽類)的電導度（electrical conductivity，常簡寫為EC，中文名稱還有比電導、電導率、導電度等等）是表現電解質導電能力的物理量，也就是水中所有離子綜合導電程度的指標。國際單位制當中的單位表示為西門子每米(S/m)，不過測試淡水環境或工業用水當中通常會使用µS/cm (µ也就是十的六次方分之一，1/1000000)，而鹹水養殖系統則會使用到mS/cm(m也就是一千分之一，1/1000)。水體中的電導度主要受到無機性的鹽基陽離子 (如鈣、鎂、鈉、鉀等) 及陰離子 (如氯離子、硝酸根、碳酸根、硫酸根等)含量的影響，因此理論上這些離子的含量越高，則電導度數值越大。然而，電導度除了受溶液中離子濃度含量的影響，還受到離子活性、價數、離子間相對濃度以及溶液溫度的影響。尤其是溫度，當溫度改變攝氏一度時，導電度會偏差約1.9%，因此測定時，如果樣品溫度較高或較低，最好使用水浴將溫度維持在25±0.5℃，否則需要校正溫度偏差，並以25℃之校正值表示之。
電導度的測定，和pH值測定很類似。都是採用特製的電極先以標準溶液進行校整後，再行測定未知樣品。但不同的電導度計有不同的測定範圍，有些電導度計可測定的電導度範圍很狹窄但很靈敏，有些則測定範圍很廣但靈敏度很差；有些只適用於高電導度的海水或半鹹水，有些則只適用於淡水。因此在針對流域水質測定上通常會至少準備兩台電導度計，一台用於鹹水測定，另一台則分析淡水用。有些電導度計的電極會採用交流電的設計，這是為了減少測定時所發生的電解反應干擾。
環境當中真正要表示液體中所有溶解物質的濃度，包含鹽份和各類固體雜質的總量，則為總固體溶解濃度(TDS, Total Dissolved Solids)。環境分析當中如果能求得這一濃度數值，會更明確。但很多時候，這個數值卻很難在速測分析當中即時獲得。而作為溶解於液體當中鹽類離子化後導電能力的電導度在測定上極為方便，而且在許多情形下，水中電解質的電導度與溶液中總溶解固體是直接相關的。逆滲透處理過的水通常導電度約 10μS/cm。而去離子水的電導度約為5.5μS/m，自來水電導度約於350μS/cm，而海水的電導度約為56 mS/cm (但各地數值仍會有不同) 。農委會灌溉用水水質標準，電導度為攝氏25度氣溫下的測定值750 µS/cm。電導度也可以反映土壤中的鹽分含量，特別是作為測定土壤水溶性鹽的指標。在測定上，可以將土壤調配成飽和土糊來加以測定。通常如果在25℃當中，土壤電導度可以到達2ms/cm (也就是2dS/m)則表示含鹽量過高，而若低於2μS /cm則表示含鹽量過低、太過貧瘠。(此數值為參考，主要針對的是農業土壤。依不同版本文獻略有不同，而且依照土壤不同的酸鹼情形，電導度數值的高低界定也會有所變動。在探討植物營養時，電導度值往往必須和pH值搭配一起探討。這是因為土壤酸鹼度和土壤礦物組成息息相關，也會一直對鹽分的傳輸有密切的影響)。某些海岸濕地土壤可能會有極高的電導度值，但仍可被當地的濱海植物所適應，這則是源自這類植物特殊的高鹽適應性。土壤中的電導度分布還可以反映鹽類礦物質的流動、重金屬的轉移以及其他與各類土壤鹽類化學有關的作用等等。
從電導度還可以去推算出約略的鹽度，也就是「實用鹽度單位-practical salinity unit，簡寫為psu，為聯合國教科文組織UNESCO在1978年與其他海洋科學家和相關組織所討論出來的一種以重量百分比(w/w)為基礎所延伸的無因次參考單位(真實鹽度是指每一千克水內的鹽類溶解物質克數，而psu則為一種近似值)。鹽度的計算除了電導度法還可以使用化學滴定法，以海水鹽度的測定來說，最常使用的是Mohr滴定法，以硝酸銀為試液，鉻酸鉀為指示劑，然後計算單位海水中將所有鹵素完全滴定所需要的銀的克數。另外還有一種乾燥法，設法將水乾燥後留下鹽類，再測定鹽類的重量；不過這個方法實際上對於海水等水樣的操作容易有誤差的產生，因此現行多半不採用。
河海環境的電導度測量與鹽分環境變動的推估息息相關。在淡水當中，電導度常常和礦物質含量以及軟硬度之間有所關連。而當常見的營養鹽物質如硝酸根、磷酸根和其他鹽類進入到水體時，電導度的量測往往可以提供第一時間的初步跡證。而在海水缸、養殖業或海水培育試驗等等，電導度可直接反應鹽分的滲透壓，這對一些魚類和水草試驗來說都是相當重要的。有些魚類對滲透壓的反應是非常敏感的，但有些魚類則對於滲透壓的變化相對適應比較好，這些魚類甚至可以從河川淡水一路分布到近海鹹水的區域，並維持其體液濃度的恆定，這就是所謂的『廣鹽性魚類』像是赤鰭笛鯛、虱目魚、七星鱸魚等等(不過這並不代表牠們就能適應快速變化的鹽分濃度)。台灣近沿海養殖工作者比較喜歡飼養廣鹽性魚類，並且會刻意將一些廣鹽性的海水魚養在鹽分較低的半鹹水環境，藉此減少養殖魚消耗體能在排鹽作用上，可獲得長得比較大、比較快的個體。不過長得快有時容易伴隨魚肉組織不夠緻密而肉質鬆散的問題。另外，由於海水原生環境畢竟和人為的半鹹水環境有別，所吃的食物也不一樣，因此常常會有所謂的土味(源自於人工環境中的某些藻類)或甚至於有某些原來不會發生在海洋環境中的寄生蟲也藉由低鹽分環境侵入。像是許多消費者常會貶損養殖黑毛，而形容養殖黑毛叫作『菜毛』。這就是因為來自於菜毛身上的土味所致。無論如何，電導度對於魚類生態復育研究者或魚類養殖者而言都是很重要的水質指標。
圖片：出自十九世紀魚類學家David Starr Jordan和 Barton Warren Evermann的虱目魚素描作品。虱目魚是世界上著名的養殖魚類，牠是一種廣鹽性的魚類。在台灣，虱目魚養殖約當明清交替時期的大航海時代由當時荷蘭人所引進。(圖片引自維基共享資源)
海水的電導度測量除了可以作為鹽度計算的參考，並關係到各類海洋生物所對於鹽類的需求或變動上的研究。不同區域海水的電導度變化也關係到海水電性質與海洋電場，它對電磁波在海洋中傳輸的衰減情形和相位特性都具有重要的影響，會直接影響海洋中的通訊和導航效果。同時也和鹽類在海洋中的傳輸有關。一般，壓力對海水電導度的影響並不如溫度來得明顯，但是對於深海來說，由於壓力非常巨大，因此就必須考慮壓力上的影響了。
留言列表
