การตรวจวัดความเค็มของน้ำ (Salinity)

การตรวจวัดความเค็ม เป็นการตรวจวัดปริมาณเกลือที่ละลายน้ำที่พบในน้ำเค็มหรือน้ำกร่อย โดยมีหน่วยเป็นส่วนในหนึ่งพันส่วน (ppt ย่อมาจาก part per thousand) ความเค็มของน้ำทะเลของโลกมีค่าเฉลี่ย 35 ppt น้ำจืดมีค่าไม่เกิน 0.5 ppt น้ำกร่อยมีค่า 0.5 – 25 ppt ค่าความเค็มจะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับปริมาณหยาดน้ำฟ้า น้ำจากหิมะละลาย หรือบริเวณรอยต่อระหว่างน้ำเค็มกับน้ำจืด เช่น บริเวณปากแม่น้ำ ปริมาณของเกลือในน้ำเป็นตัวการสำคัญอย่างหนึ่งที่ใช้ชี้บ่งว่าจะพบสิ่งมีชีวิตชนิดใดในบริเวณแหล่งน้ำนั้น ดังนั้นชนิดสิ่งมีชีวิตที่อาศัยในน้ำจืดและที่อาศัยในน้ำเค็มจึงแตกต่างกันมาก พืชหรือสัตว์ที่อาศัยในน้ำจืดจะมีเกลือในเซลล์มากกว่าในแหล่งน้ำที่อาศัยอยู่ สิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะกำจัดเหลือออกมาเป็นของเสีย ส่วนพืชหรือสัตว์ที่อาศัยในน้ำทะเลมีปริมาณของเกลือเท่ากับหรือน้อยกว่าสิ่งแวดล้อมที่อาศัยอยู่และมีกลไกของร่างกายที่จะยังคงสภาพสมดุลของเกลือ นอกจากนี้สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ ยังสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงความเค็มในแหล่งน้ำที่อาศัยอยู่ได้

ในการตรวจวัดความเค็มสามารถตรวจวัดได้หลายวิธี แต่ในกิจกรรมนี้จะใช้ไฮโดรมิเตอร์เป็นอุปกรณ์ในการตรวจวัด ซึ่งไฮโดรมิเตอร์จะตรวจวัดค่าความถ่วงจำเพาะหรือความหนาแน่นของของเหลว การออกแบบอุปกรณ์นี้จะใช้หลักการของนักคำนวณ ชาวกรีกที่ชื่อว่า อาร์คิมีดีส ซึ่งกล่าวไว้ว่า น้ำหนักที่หายไปของของแข็งที่อยู่ในของเหลวจะมีค่าเท่ากับน้ำหนักของของเหลวนี้ ถูกแทนที่ ดังนั้นของเหลวที่มีความหนาแน่นมากกว่าจะทำให้ของแข็งที่อยู่ในของเหลวนั้นจมตัวลงแทนที่น้ำหนักของตัวมันเอง น้ำจะมีความหนาแน่นเพิ่มขึ้นถ้าอุณหภูมิของน้ำลดลง และมีค่าสูงสุดเท่ากับ 1 ที่อุณหภูมิ 4 ํC และความหนาแน่นของน้ำที่อุณหภูมิเข้าใกล้จุดเยือกแข็งจะลดลง น้ำแข็งจึงลอยน้ำได้ เพราะมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ จะเห็นได้ว่าอุณหภูมิของน้ำทำให้ความหนาแน่นของน้ำแปรเปลี่ยนไป ดังนั้นในการตรวจวัดความเค็ม (ปริมาณเกลือในน้ำ) เราจึงต้องวัดอุณหภูมิของน้ำควบคู่กับการวัดความหนาแน่นของน้ำด้วย

วิธีการตรวจวัด

1. ล้างกระบอกตวงพลาสติกใสขนาด 500 ลูกบาศก์เซนติเมตร ด้วยน้ำตัวอย่าง อย่างน้อย 2 ครั้ง ก่อนเริ่มการทดลอง

2. เติมน้ำตัวอย่าง 500 ลูกบาศก์เซนติเมตร ลงในกระบอกตวง

3. วัดค่าอุณหภูมิของน้ำโดยให้กระเปาะของเทอร์มอมิเตอร์อยู่ใต้ระดับผิวหน้าน้ำลงไปลึก 10 เซนติเมตร และบันทึกค่าที่ได้ลงในใบบันทึกข้อมูล

4. หย่อนไฮโดรมิเตอร์ลงในน้ำในกระบอกตวงอย่างช้า ๆ โดยต้องระวังมิให้ไฮโดรมิเตอร์สัมผัสกับผนังด้านในของกระบอกตวง รอให้ไฮโดรมิเตอร์ลอยอย่างอิสระจนกว่าจะหยุดนิ่ง และอ่านค่าจากไฮโดรมิเตอร์ ณ จุดโค้งต่ำสุดของน้ำเท่านั้น (ท้องน้ำ) (ดังภาพ) ค่าที่อ่านได้คือ ค่าความถ่วงจำเพาะของน้ำ และอ่านตัวเลขหลังจุดทศนิยม 3 ตำแหน่งเป็นอย่างน้อย แต่ถ้าเป็นนักเรียนระดับมัธยมศึกษาตอนปลายควรอ่านค่าให้ได้ตัวเลขหลังจุดทศนิยมเป็น 4 ตำแหน่ง

specific-gravity

การอ่านค่าความสะดวกจำเพาะของน้ำ

5. นำค่าอุณหภูมิของน้ำและความถ่วงจำเพาะของน้ำไปเทียบกับตารางการเทียบค่าแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเค็มของน้ำ (ppt) กับความหนาแน่น และอุณหภูมิของน้ำในตารางที่ 4 เพื่อให้ได้ค่าความเค็มของน้ำ แล้วบันทึกค่าลงในใบบันทึกข้อมูล เช่น ถ้าน้ำตัวอย่างมีอุณหภูมิ 22 ํC และมีความถ่วงจำเพาะ 1.0070 ค่าความเค็มของน้ำตัวอย่างมีค่าเท่ากับ10.6 ppt

6. ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มนำน้ำตัวอย่างเดิมมาทำซ้ำตั้งแต่ข้อ 2 – 5 อีก 2 ครั้ง

7. หาค่าเฉลี่ยของค่าความเค็มที่ได้จากนักเรียนทุกกลุ่ม โดยถ้าค่าความเค็มของทุกตัวอย่างอยู่ในช่วง ±2 ppt ของค่าความเค็มเฉลี่ยแล้วถือว่าใช้ได้ แต่ถ้าสูงกว่าหรือต่ำกว่า 2 ppt นักเรียนต้องหาค่าความเค็มจากตัวอย่างน้ำที่เก็บใหม่ (ไม่ใช่ตัวอย่างน้ำที่ทำการตรวจวัดไปแล้ว) จดบันทึกและคำนวณหาค่าเฉลี่ยใหม่ ถ้ามีค่าใดค่าหนึ่งที่แตกต่างไปจากค่าอื่นๆ มากให้ตัดค่านั้นทิ้งไป แล้วเฉลี่ยเฉพาะค่าที่เหลือเท่านั้น แต่ถ้าค่าที่ได้นั้นยังไม่อยู่ในเกณฑ์อีก ให้อภิปรายเพื่อหาวิธีการที่ถูกต้องแล้วทำการทดลองซ้ำอีกครั้งหนึ่ง

ตารางแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเค็มของน้ำ (ส่วนในพันส่วน: ppt) กับความหนาแน่นและอุณหภูมิ*

temp-specific-gravity1

temp-specific-gravity2

temp-specific-gravity3