现场测定土壤电化学性质的方法与意义

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：土壤电化学性质的现场测定结果可用于帮助实验室模拟测试装置的建设，用于大致判断土壤腐蚀的程度及有无杂散电流存在等，是一个重要的参考指标。土壤的电化学性质包括：氧化还原电位、电阻率和电位梯度这三个重要指标。土壤的电化学性质可采用相应的土壤综合测试仪进行测定。

土壤电化学性质的现场测定结果可用于帮助实验室模拟测试装置的建设，用于大致判断土壤腐蚀的程度及有无杂散电流存在等，是一个重要的参考指标。

土壤的电化学性质包括：氧化还原电位、电阻率和电位梯度这三个重要指标。土壤的电化学性质可采用相应的土壤综合测试仪进行测定。

1.氧化还原电位的测定

土壤的氧化还原电位（φ_h），作为反映土壤氧化还原状况及土壤通气性的重要指标沿用已久。它被广泛地应用于评估土壤的氧化还原状况。长期以来，国内外测定氧化还原电位（φ_h）的常用方法是铂电极直接测定法。这种方法是基于铂电极本身难以腐蚀、溶解，而可作为一种电子传导者。当铂电极与介质（土壤、水等）接触时，它们之间将进行电子传递，最终在铂电极表面上建立平衡电位。

将铂电极和饱和甘汞电极固定在电极架上，并分别与恒电位仪的接线柱的相关端口相连。然后将两电极插入土壤或其他介质中，待仪器显示的数值稳定后（一般需要10min以上，一般在5min内的电位值变动不超过1mV），即可从仪器上读出目标土壤相对于饱和甘汞电极的氧化还原电位。测试的重复次数要根据所要代表的范围和土壤均匀程度来确定，一般5～10次。在进行重复测定时，取出的铂电极要用水洗净，再用滤纸吸干，然后插入另一个点进行测定。在饱和甘汞电极需移位时，其前端盐桥（指与土壤接触的前端砂芯）应洗干净，并在氯化钾饱和溶液中稍加浸泡。

按上述操作步骤，在仪器上读出的电位值（φ_测出），是该土壤中可溶性氧化还原物质在铂电极上建立的电位（即土壤φ_h）与饱和甘汞电极的电位值（φ_SCE）之差，故土壤氧化还原电位的绝对值即（φ_h）可用下式换算：

φ_h=φ_测出+φ_SCE

式中，φ_h为目标土壤氧化还原电位的绝对值（mV）；φ_测出为恒电位仪上所示的数值（mV）；φ_SCE为饱和甘汞电极的电位值（mV），饱和甘汞电极的电位值可从相关书籍查得。

2.电阻率的测定

土壤电阻率是影响地下金属构件腐蚀的一个重要的综合性因素，是土壤介质导电能力的反映。有人主张将土壤电阻率作为估计土壤腐蚀的基本标准，并把电阻率高的土壤腐蚀性定为弱，把电阻率低的土壤腐蚀性定为强。由此可见，土壤电阻率对于接地网腐蚀来说，是很重要的研究因素。

通常测量土壤电阻率的方法是四极法，其原理如图6-1所示。

具体测定土壤电阻率的步骤如下：

1）将四支金属探针垂直等距插入土壤。探针插入土壤深度为<5%a（a为每相邻两支探针之间的距离，应等于欲测土层的深度）。如a=1.0m，探针插入土壤深度<5cm。

图6-1　四极法测定土壤电阻率简易示意图

2）将测量土壤电阻率的仪器ZC-8接地电阻仪水平放置，检查检流计指针是否在中心线上，将仪器导线按顺序接在四根金属探针上。

3）根据目标土壤电阻率的大小确定倍率标度，摇动电阻仪手柄，同时转动测量标度盘和倍率钮，当指针接近平衡位置时加快发电机摇动的速度，使摇动速度大于120r/min，调整标度盘使指针指于中心线上，即可读数。

4）在测量土壤电阻率的同时还要测量土壤的温度，以便对测试结果进行温度的补偿。

3.电位梯度的测定

埋地材料经常会受到直流电的干扰，从而引发较为严重的电解腐蚀，电解腐蚀对金属材料的破坏作已引起人们普遍的重视和关注。对于如何判断直流干扰腐蚀，土壤电位梯度就是一个最为直观的指标，电位梯度即在土壤的两侧存在电位差，这种电位在空间上的变化就叫作土壤电位梯度。

通常土壤电位梯度有直角法和圆周法等测量方法。直角法在埋设管线处应用时在纵向和横向两个方向测定，纵向沿管线铺设方向测量，横向沿垂直管线方向测量。圆周法是以一支电极为圆心，另一支电极在圆周上根据需要按几等份测量，半径为两点间的距离，最后按矢量法求得地电流的方向。

采用上述方法测量时，如电流经常变化或电位差值较大，说明这一地区有杂散电流存在，也可能是泄漏电流区。

测试前要先测量两支参比电极间的电位差（一般来说两支参比电极电位差应小于±2mV）。然后将两支参比电极插入欲测土壤（间距20～50m），如果土壤过于干燥可以加少量蒸馏水在电极与土壤接触处，再将两支参比电极串接在氧化还原电位仪上。仪器的选择钮拨至“mV”档，即可测量土壤的电位差。两点间电位差除以两点间距离即为土壤电位梯度（单位为mV/m）。

现场测定土壤电化学性质的方法与意义

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