總溶解固體(Total Dissolved Solids,TDS)從字面上來看,意指被測水體中溶有多少的固體量。假如純粹以水質的「純淨度」作切入點,TDS越高表示水中雜質含量越多,代表水越不適合飲用;然而TDS用於水族領域,當它的數值偏高時,就很難直接斷言水質好或不好,因為好壞須從多個面向來下定論。
▲TDS的單位為mg/L,由於水的密度在各溫度下都十分相近,所以在水族實務上,習慣用1ppm=1mg/L作為表示,假如今天所用溶劑不是水的情形,那就未必可以將兩者畫上等號。
TDS的測量方法
為確保提昇公眾飲用水品質,防止汙水影響海洋與自然生態,以及預防地下水遭受污染等考量,台灣的法律訂有許多相關法律規定,其中TDS便是受到約束的一項。TDS採用計算重量的方式測量,簡單的描述就是先把攪拌均勻的水樣本置於已知重量的蒸發皿中,然後移入103~105°C的烘箱蒸乾至恆重,其所增加之重量即為總固體重量。另將攪拌均勻之水樣本,用事先已知道重量的玻璃纖維濾片來過濾,同樣再把濾片移入103~105°C烘箱中乾燥至恆重,其所增加之重量即為懸浮固體重量,最後將總固體重量減去懸浮固體重量,即可得到總溶解固體。
▲遵循上述做法過於繁瑣,一般人在執行上極為不易
▲由於不可能每個人家中都有設置實驗室,為求能迅速在現場測得TDS數據,後人衍生出一個變通的方法,就是利用電導度(Electrical Conductivity,EC)的變化來進行測量,相對於原本利用重量測得TDS的方式,此法可以簡化許多繁瑣的程序。電導度的測量原理是將電流通過1平方公分的截面積,長1公分的液柱時電阻的倒數來換算,單位用mho/cm,遇電導度較小時,可用10的負3次方(mmho/cm)或10的負6次方(μmho/cm)表示;惟電導度的定義與TDS有別,利用電導度換算成TDS只是一個相對便利的手段,兩者絕非可以直接劃上等號。
使用電導度測量TDS仍存有些許問題,基於物理特性,電導度與溫度彼此呈正相關,由於被測溶液會受到溫度的影響,當溫度越高電導度越高,所得到的TDS就越高;同樣當溫度越低電導度越低,所測得的TDS就越低,我們以25°C作為標準溫度,當溫度改變1°C時,電導度就會偏差約1.9 %,目前市售的TDS測試器應該都有內建溫度補償,其溫度補償以上述線性方程式為基礎。再者,倘若溶於水中的物質是無法導電或導電性欠佳,則顯示出來的數據就沒有包含這些物質,因此就會再度與真實的TDS拉開距離。儘管利用電導度測得TDS的方法尚不足完善,由於容易測量TDS的緣故,目前仍被廣泛採用。
▲已知1mho/m=1S/m=10000μS/cm,經過測量所得的電導度約以每2μS/cm=1ppm來換算TDS
▲從現在開始,不准再寫任何數學式!
介紹TDS測試器
市面上的TDS測試器樣式繁多,有的產品標榜不僅只是測量TDS,同時還可以顯示電導度、溫度,以及使用者自行微調校正等功能,實際上各廠牌間的TDS測試器所測得的數據多少有些落差,可能是不同廠牌產品間的敏感度、溫度補償等因素所造成的差異,假如要講究TDS數據的精確性,可尋求專業儀器供應商的TDS測試器,只是價格會高上許多,一般水族玩家只要挑選外觀看得順眼,尋常價位的產品即可。
▲上圖為一般家庭用的TDS測試器,價位算是十分平易近人
▲退去前蓋,瞧瞧TDS測試端的電極
▲打開後蓋可以更換電池
TDS數據雖然很容易被測得,但其實是一個最常被人們給忽略的項目,進階的水族玩家比較能懂得TDS數據所表達的內涵。通常與TDS最值觀的聯想就是滲透壓,我們可以用TDS的數據來比較出相對的滲透壓高低,這部分在〈滲透作用存於水族的影響力〉已有基本說明,故不再贅述。
TDS在水族的運用
同樣都是水,我們生活用的自來水跟海水的TDS數據一般最少都有10倍差距,如果用台灣北部的自來水與海水相比,差距達20倍也不無可能。魚本身有一定程度的滲透壓適應性,在觀賞水族方面,排除一些滲透壓適應能力出色的品種,再剔除健康有疑慮的個體,只要不是刻意將淡水魚放到海水;海水魚放到淡水環境,原則上不太會出現因為滲透壓變動所釀成的傷亡情況。
對於一些若尚不明瞭TDS與GH之間差異的人,先閱讀〈認識pH、GH、KH的旨趣〉的內容。在水族缸之中,TDS及GH兩者定義雖不同,但在所呈現出的數據往往也有著正相關,於是TDS數值能夠概略推估被測水體硬度的趨勢,這是利用水體中電解質濃度與電導度的正向關係,當水中無機鹽類、鈣、鎂等離子含量越多,TDS數值亦會隨著上升,因此當數值越高時,意味著GH很可能也隨著上攀,只是此法則並非絕對靠得住,僅能作為參考,主要是因為水族缸內有十分多種能夠左右TDS數值的因素,故以GH試劑當作依歸為佳。假如今天採用逆滲透(Reverse osmosis,RO)水當作缸內水源,然後再加入GH提升劑來調整硬度,當下因環境純化的緣故,此刻用TDS測試器來推估GH的可靠度才會大幅提升。
TDS在治療淡水白點病也能發揮輔助的效用,當我們對病魚進行鹽浴,療程完畢要稀釋鹽分來調整滲透壓時,可用TDS測試器先測量鹽浴用水的TDS數值,然後再慢慢添加無鹽分的水做稀釋,藉由數值慢慢下降來貼近水族缸原水的TDS數值,關於淡水白點病的治療過程,詳載於〈淡水魚白點病的醫治歷程〉的內容。
滲透壓雖對魚的影響比較沒那麼嚴重,但對水草而言,能容忍滲透壓變化的空間並未如魚來得寬廣,某些品種甚至還特別敏感,遇到TDS數值太高沒多久可能就會出現生理脫水的情形。水草生長需要養分,當水草缸中的養分(無機鹽類、金屬離子等物質)含量提升時,TDS數值亦會隨之高增,獅子也順勢利用這種特性來製作水草基肥與根肥,詳情記錄在〈自製水草基肥〉、〈自製水草根肥〉的內容中。
假如我們持續供給過多水草來不及吸收的肥料,又加上長期不換水,導致滲透壓越來越高,可能會導致出現上述生理脫水的情形,嚴重者直接死亡。水草缸的問題往往不只有這般單純,因為供給過多水草吸收不完的肥料,促使某些特定元素間還會產生拮抗作用,以至於水草怎麼種也種不好,新手在不明就裡的情況下,還以為是肥料加不夠,又拼命地狂加肥料,如此便強化拮抗作用及爆藻的情事發生,此舉與提油滅火無異!當然,我們也可以反過來運用這種特性,來了解水草缸每日吸收多少元素量。只要能掌握要領,TDS在水草缸的變化可有助於我們了解施肥的狀況,特別是台灣南部剛投入水草缸的玩家,由於水質多為偏硬,這使得TDS也不低,應對相關知識要有更深入的理解。
最後再補充一點,當我們前往購入新魚後,利用TDS測試器可以概略推估店家水質情況,預先判斷是否可能面臨「老缸症候群」的潛在風險,進而決定我們對水的時間需不需要調整,這些在〈關於水族缸換水之必要性〉及〈觀賞魚檢疫及老缸症候群〉有更進一步的論述及驗證。
▲讓我們來瞧瞧台灣南部自來水的TDS,數據顯示出286ppm,這差不多是北部的2~3倍左右(菸)
依台灣《飲用水水質標準》之規定,規範飲用水中TDS最大值不可超過500ppm來看,個人總覺得這標準還蠻寬鬆的,由於現下環境污染越趨嚴重,即便經自來水廠處理過的自來水品質能達到生飲的程度,但仍存有像是供水管線老舊或破損、住戶水塔長期未清洗等其他的原因,讓自來水參雜一些有害物質,這部分內容在〈自製水質穩定劑與氨的模擬分析〉有相關的論述。
從整大環境著眼,由於外在污染始終難以全面抹除,以至於不少家庭會購置RO飲水機來滿足平日飲水的需求,此時又有TDS測試器的發揮空間,我們可以利用TDS測試器可推估RO膜是否已有劣化趨勢,當測得RO水的TDS超過20ppm時,便可考慮更換新的RO膜,只不過這還要檢視RO膜的出水端是否有裝設活性碳或麥飯石之類的後置濾心,因為這些濾心初期易使TDS的數據提升。本文發布日期為2020年4月27日,未來遇相關法令有所修改,依新法優於舊法、特別法優於普通法原則從其適用。
參考資料
行政院環境保護署,水中總溶解固體及懸浮固體檢測方法,2013
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