توسعه دستگاه نمک زدا آرشیو مقالات

نمک زدا ابزاری برای تعیین شوری آب دریا بر روی کشتی یا در آزمایشگاه با روش هدایت الکتریکی است.

اولین دستگاه از این نوع توسط دفتر ملی استانداردهای آمریکا در سال 1930 به عنوان پل شوری ونر-اسمیت –سول، ساخته شد. مهندس NBS فرانک ونیر و اقیانوس شناس نگهبان ساحل اد اسمیت واف. سول آن­ها را در سال 1934 به عملیات اقیانوس شناسی کشتی­ های گشتی یخ بین المللی وارد کردند. دستگاه پل شوری مستقیما نسبت رسانایی بین نمونه استاندارد و آب را با استفاده از سل اندازه گیری کننده تماس، اندازه گیری می ­کند. سل­ ها در دمای یکسانی نگه داری می­شوند. این ابزار، سنجش­ هایی به همان دقت سنجش ­های به دست آمده از روش نادسون فراهم می­کند اما از لحاظ استفاده بسیار سریع و آسان است. دما تاثیر بسیار زیادی بر رسانایی آب دریا دارد. افزایش در دما به اندازه 01/0 درجه سانتی­گراد به همان اندازه افزایش 01/0 در شوری بر رسانایی اثر می­گذارد. اخیراً اقیانوس شناسان به دقتی معادل 003 ± یا بهتر از آن برای اقیانوس عمیق نیاز دارند چیزی که موجب پیشرفت ابزارهایی با درجه دقت بالا می­شود. 

برای مثال در سال 1956 براد شائو و کارل اسکلیچر (موسسه اقیانوس شناسی وودز هول یا WHOI ) مانند رونالد کوکس (موسسه ملی اقیانوس شناسی،UK )، یک نمک زدای آزمایشگاهی ایجاد کردندکه متشکل از سل­های رسانایی دو الکترودی  در یک حمام ترموستات روغن مجهز به گرم کننده، خنک کننده، یک کنترل الکترونیکی برای دما یک پل سنجش رسانایی است. شوری با مقایسه رسانایی، با این نگاه اندازه که آب دریای استاندارد پس از توازن دمایی دو نمونه در حمام روغن، اندازه گیری می­شود. این ابزارها بزرگ، پیچیده، سنگین (بیش از 200 کیلو) بوده و بنابراین غیر قابل تجاری سازی هستند. هر چند که به دقت مورد نیاز 003/0 ± رسیده­اند. این دستگاه شامل واحد شناسایی کننده پل-اسیلاتور ، حمام روغن با دمای ثابت، 7 سل رسانایی نصب شده در حمام، یک واحد یخچال و کنترل­ ها، کنترل کننده دمایی نوع متناسب، منبع مداوم ولتاژ برای قسمت های الکترونیکی و یک سیستم مکشی برای خالی کردن سل­ ها، می­باشد.  

نمک زدا در آزمایشگاه توسط مجموعه­ های طولی سنجش­ آب­­های کوپن هاگن و سایر محلول ­های به دقت تهیه شده که شوری آن­ها  با تیتراسیون­ های پی در پی تعیین شده بود، کالیبره شد. کالیبراسیون نهایی ممکن است به شکل گرافیکی در مقیاس بالا بیان شود یا یک جدول شوری در مقابل مقاومت محاسبه شود. برخی مواقع کالیبراسیون مجدد نامطمئن است اما احتمالا بایستی هر سال انجام شود. زمانی­که برای سنجش شوری استفاده می­شود یک سل که سل مرجع خوانده می­شود با آب دریای استاندارد پر می­شود که شوری آن به کمک تیتراسیون دقیق  تعیین شده است و 6 سل اندازه گیری نیز توسط آب از نمونه­ های مختلف پر می­شود. در حدود 20 دقیقه نیاز است که قبل از شروع سنجش­ها آن­ها به تعادل دمایی برسند. یکی از سل­های سپس بر روی پل با سل مرجع به تعادل می­رسد مقاومت خوانده شده ثبت شده و پروسه با هر 6 سل دیگر تکرار می شود. هر نمونه 2بار اندازه­ گیری می­شود اما در سل­های مختلف. شوری ­ها از گراف یا جدول به عنوان ورود به بحث، به دست می ­آید.  سل مرجع و آب با استاندارد به طور روزانه یا با تناوب بیشتری در صورتی که رانش شوری آن نیاز دارد، مقایسه می­شود.  اگر نتایج به درستی استفاده شده خیلی صحیح تر از تیتراسیون در دریا باشند، تعیین شوری می­ تواند با سرعت بیشتری انجام شده و تجهیزات به طور خوشایند توسط پرسنلی با مهارت کمتر به  راحتی اجرا شوند.   

در سال 1961 بوروس هامون و نیل براون، که با بخش ماهیگیری و اقیانوس شناسی علوم مشترک المنافع و سازمان تحقیق صنایع در استرالیا کار می­کرد، یک دستگاه نمک زدا قابل تحرک در وزن تقریبی 15کیلوگرم را طراحی کرد. او از یک ترمیستور (مقاومت گرمایی) و مقاومت­ های پل به عنوان راهی دقیق برای جبران اثر دما بر نسبت/گزارش رسانایی که از استفاده از حمام روغن ترموستاته جلوگیری کرده بود، استفاده کرد. این دستگاه که دقت آن 003/0 ± است، در کمیت بالا تولید شده است. این دستگاه از یک سنسور القایی قرار داده شده در مخزنی از جنس پلکسی گلاس استفاده کرده است. سل محتوی آب استاندارد در دستگاه پیش رو با یک شاخه از پل اندازه­ گیری که قبل از عبور نمونه نیاز به اندازه گیری آن است، جایگزین شد. در قسمت بالایی مخزن، یک شتاب دهنده حفظ یک مخلوط مطلوب را به سرعت امکان­ پذیر می­سازد. آب در تماس با دو ترمیسیتور بود. یک ترمیسیتور در یک شبکه جبران­گر اثر دما نصب شد، ترمیستور دیگر دمای نمونه را با با دقت 1/0 ± درجه سانتی گراد اندازه گیری کرد که این امکان را می­دهد تا محاسبه کنیم که اگر سنجش­ ها در دمای 15 درجه سانتی گراد انجام بشود، رسانایی چقدر خواهد بود. در واقع این دما، دمایی است که این معادله در آن پایه­ ریزی شده است که معادله حالت آب دریا، خوانده شده و به منظور محاسبه شوری از آن استفاده می­شود. استفاده از سنسور با القا در این نمک زدا­ها مشکلات ناشی از وجود رانش با سل­ هایی با دو الکترود، از بین می­برد. این رانش ناشی از ایمپدانس قطبیت که یکسان با مقاومت الکتریکی است، می ­باشد که بین هر الکترود و آب دریا وجود دارد. رانش در یک روش مهم با استفاده از الکترودهای قابل تنظیم پوشیده شده با پلاتینیوم غیر فعال، کاهش یافته است. هر چند که در انجا رانشی باقی مانده است که به طور کارامد مهم است و نیاز به پاکسازی سل­ ها و کالیبراسیون مجدد آن با آب دریا دارد. سنسورهای رسانایی برای القا از دو ترانسفورمر حلقوی سوار بر هم که سوراخ­ های مرکزی آن­ها منطبق بر هم هستند، تشکیل شده اند. 

آب دریا به طور کامل آن­ها را در برگرفته و سوراخ مرکزی را پر می­کند به طوری که یک حلقه مشترک با هر کدام از ترانسفورمرها ایجاد می­کند. یک ولتاژ متناوب به یکی از توانسفورمرها اعمال شده که جریان الکتریکی را در مدار آب دریا القا می­کند. این جریان با رسانایی متناسب است. که آن هم با ترانسفورمر دومی سنجیده می­شود. اگرچه این سل ­ها بسیار پایدارتر از سل هایی با دو الکترود مقاومت الکتریکی هستند ناپایداری کمی ایجاد می­کنند که باید توسط کالیبراسیون­ های متناوب جبران شود.

سنسورهای رسانایی استقرایی جفت شده از دو ترانسفورمر حلقوی شکل تشکیل شده اند که با سوراخ­های مرکزی منطبق بر هم در نزدیکی یکدیگر نصب شده­اند. آب دریا به طور کامل هر دو ترانسفورمر را احاطه کرده و سوراخ مرکزی آن­ها را پر می­کند به نحوی که آب دریا جریانی مشترک با هر دو ترانسفورمر را تشکیل می­دهد. یک ولتاژ جریان متناوب به یک ترانسفورمر القا شده که یک جریان الکتریکی متناسب با رسانایی را در مدار آب دریا القا می­کند. جریان القا شده توسط ترانسفورمر دومی سنجیده می­شود. اگرچه این سل­ ها پایدارتر از سل ­های دو الکترودی هستند، مقاومت الکتریکی سیم­ پیچ­ ها ناپایداری جزئی را ایجاد می­کنند که با کالیبراسیون دوباره متناوب قابل جبران است.  

در سال 1975 تیم دوفینی (هیئت تحقیق ملی کانادا در اتاوا) یک نمک زدا آزمایشگاهی را طراحی کرد که امروزه نیز با گسترده ­گی زیادی توسط اقیانوس شناسان استفاده می شود. AUTOSAL از یک اتصال سل چهار الکترودی غوطه ور در حمام ترموستاته به منظور راهی برای جلوگیری از مشکل رانش ایجاد شده توسط قطبیده­ گی، استفاده می ­کند. سل 4 الکتروده دقیقا آنالوگ مقاومت 4 انتهایی است. رسانایی به صورت نسبت جریان عبوری از دو الکترودبه یک ولتاژ مدار باز بین دو الکترود محتمل، تعریف می­شود: بر طبق این تعریف، رسانایی مستقل از ایمپدانس قطبی هر یک از چهار الکترود است.