Oceanlife Water Salinity Check









PSU (g/kg - ppt - ‰)
g/l (valore letto sul densimetro) (?)
(valore letto sul rifrattometro) (?)
mS/cm (valore letto sul conduttivimetro)


Istruzioni per la corretta misurazione della salinità mediante l'uso del rifrattometro (con e senza compensazione automatica della temperatura - ATC) del densimetro o del conduttivimetro.

La corretta misurazione della salinità è di fondamentale importanza per avere valori stabili di calcio, magnesio, carbonati ed in generale di tutti gli elelmenti presenti in acqua marina.
Lo studio della valutazione dell'esatta densità dell'acqua marina prosegue ormai da diversi decenni ed è una una funzione polinomiale complessa della salinità, della temparatura e della pressione.
Capiamo quali sono i principali parametri dell'acqua e come interagiscono l'uno con l'altro.

Salinità

Per semplificare, la salinità (S) è la concentrazione di sali misurata in PSU (Practical Salinity Units). E' espressa in g/Kg ed è invariante con la temperatura. E'  il parametro più importante.
L'acqua marina ha una salinità di 35 PSU.
L'errore più grande che possiamo commettere, è confondere la salinità misurata in PSU, quindi in g/Kg, con la densità misurata in g/litro.
L'errore più comune che si commette, è quello di salare l'acqua in base ai litri di acqua e non in base ai Kg di acqua. Da qui nascono spesso i dubbi sulla quantità di sali necessari a salare correttamente l'acqua.

Densità

La densità (D) una funzione della salinità (in PSU), della temperatura e della pressione. Viene misurata in Kg/m3 o g/litro.
Con una salinità di 35 PSU ed una temperatura di 25°C, l'acqua marina ha una densità alla superficie di 1023.34 g/litro.
Con una salinità di 35 PSU ed una temperatura di 20°C, l'acqua marina ha una densità alla superficie di 1024.76 g/litro.
L'acqua pura, a 25°C e pressione atmosferica, ha una densità di 997.048 g/litro.

Gravità Specifica

La gravità specifica (SG) è definita come il rapporto tra la densità dell'acqua marina e la densità dell'acqua pura. E' una misura adimensionale, quindi non è seguita da nessuna unità di misura. Varia al variare della temperatura.
Con una salinità di 35 PSU ed una temperatura di 25°C, l'acqua marina ha una gravità specifica alla superficie di 1.0264.
Con una salinità di 35 PSU ed una temperatura di 20°C, l'acqua marina ha una gravità specifica alla superficie di 1.0266.

Conducibilità

Semplificando, la conducibilità di un fluido è la sua capacità di trasportare cariche elettriche. La salinità può essere calcolata a partire dalla conducibilità attraverso una equazione polinomiale complessa che ha come altre variabili la temperatura e la pressione.
Con una salinità di 35 PSU ed una temperatura di 25°C, l'acqua marina ha una conducibilità di 53.07 mS/cm.
Con una salinità di 35 PSU ed una temperatura di 20°C, l'acqua marina ha una conducibilità di 47.91 mS/cm.

Errori di interpretazione

  1. Avere un'acqua a 35 PSU significa che l'acqua ha un contenuto di sali di 35g ogni Kg di acqua, non ogni litro.
  2. Un litro di acqua marina a 25°C pesa 1,02334 Kg, quindi contiene 35.82 g di sali. Poichè la densità dipende dalla temperatura, per avere una salinità di 35 PSU, la quanità di sali per ogni litro di acqua dovrà essere anche leggermente diversa a seconda della temperatura dell'acqua.
  3. L'unica unità di misura invariante con la temperatura è la salinità espressa in PSU (g/Kg), poichè il peso non varia con la temperatura.


Strumenti di misura

Densimetro

Fino a qualche tempo fa, il metodo più utilizzato era quello del densimetro. Attraverso un'asta gallegginate, grazie al principio di Archimede che regola il galleggimaneto dei corpi, più la densità è elevata e più l'asta del densimetro viene spinta fuori dall'acqua. Una scala graduata indica la densità dell'acqua.
Questo metodo ha il difetto che la misura effettuata dipende dalla temperatura, quindi occorrono dei metodi per convertire il risultato ottenuto dalla temperatura di taratura del densimetro, alla tempratura dell'acqua che abbiamo misurato.

Rifrattometro

E' il metodo attualmente più utilizzato. Grazie al principio della rifrazione, un raggio di luce viene rifratto attraverso l'acqua salata co un angolo che è dipendente dalla salinità e dalla temperatura. La temperatura dello strumento e quella dell'acqua sono i parametri che maggiormente influenzano la misura.
La maggior parte dei rifrattometri in commercio dovrebbe avere la compensazione automatica della temperatura, ciò significa che, una volta tarato alla temperatura indicata nelle istruzioni, le misure della salinità vengono riportate a quella temperatura generalmente tra i 10 e i 30 °C.
Ad esempio, se lo strumento è a 20°C e la soluzione di taratura a 20°C, la  lettura  verrà riportata come se l'acqua misurata fosse a 20°C per ogni temperatura del campione tra i 10 e i 30 °C.

Conduttivimetro

E' il metodo più utilizzato a livello industriale o per automazione di processo o nei computer per acquari. I conduttivimetri solitamente hanno una compensazione in temperatura ma essa non è ottimizzata per la misurazione dell'acqua marina a meno che non sia espressamente specificato. A questo proposito è necessario correggere la lettura per ottenere il valore corretto di salinità.

Errori di misura

Dietro l'apparente semplicità d'uso del rifrattometro, si celano insidiosi errori che portano a letture completamente errate della salinità, con conseguente spostamemnto più che rilevante dei parametri dell'acqua.

  1. Molti rifrattometri sul mercato non hanno la compensazione della temperatura oppure la compensazione non funziona. Per scoprire se il proprio rifrattometro è (ancora) compensato, prelevate un po' d'acqua dall'acquario e misurate. Posizionate poi sia l'acqua, sia il rifrattometro in frigo per qualche minuto (non fate andare il rifrattometro e l'acqua sotto i 10°C) e ripetete l'operazione. Se le due misure sono diverse, allora il rifrattometro non è compensato in temperatura, quindi dovrete correggere la misura in base alla temperatura alla quale avete tarato il rifrattometro.
  2. Taratura del rifrattometro. Nonostante nelle istruzioni venga riportato di calibrare lo strumento con acqua pura portando la lettura sullo zero, è meglio calibrare lo strumento con una soluzione a 35 PSU. Questo ridurrà l'errore di misurazione, essendo lo strumento calibrato nell'intorno della misura che effettueremo.
  3. Temperatura di taratura. Uno strumento con ATC (compensazione automantica della temperatura) mostra la salinità alla temperatura di taratura. Uno strumento senza ATC ha bisogno della compensazione manuale.
  4. Temperatura del campione. Prelevare acqua dall'acquario a 24°C e poggiarla su uno strumento a 20°C porterà l'acqua rapidamente ad una temparatura compresa tra 24 e 20°C, indefinita. E' meglio prelevare un po' di acqua ed aspettare che si porti alla temperatura dello strumento (ambiente), in questo modo avremo la quasi certezza della temperatura dell'acqua misurata, potendo fare le dovute correzioni in maniera sensata.
  5. La scala di misura e di conversione da PSU a gravità specifica che compare all'interno del rifrattometro vale esclusivamente alla temperatura di riferimento del rifrattometro, nella quasi totalità dei casi cioè a 20°C. La dicitura "d 20/20" significa che la scala di misura e conversione è valida per campioni misurati a 20°C e per una calibrazione dello strumento eseguita a 20°C, il che porta all'equivalenza di 35 PSU ad una SG di 1.0266.
  6. L'indice di rifrazione dipende anche dalla composizione dell'acqua. Purtroppo questo è un parametro di non facile prevedibilità, per questo motivo, la lettura effettuata tramite rifrattometro avrà sempre un certo grado di incertezza.
Per capire bene l'entità degli errori più comuni, facciamo alcuni esempi.

Esempio 1 - Taratura del rifrattometro fatta in inverno a 20°C e misura fatta in estate con strumento a 27°C

Salinità campione
Temperatura strumento
Temperatura taratura
Salinità misurata
35 PSU
27 °C
20 °C
32.4 PSU

Prendiamo uno strumento senza ATC, rifrattometro a 27°C e campione di taratura a 35 PSU. Se il rifrattometro è stato tarato a 20°C e non ha ATC, al posto di segnare 35 PSU segnerà 32.4 PSU. Il risultato è logico in quanto l'acqua si espande con il crescere della temperatura, quindi la salinità "apparente" sarà inferiore.
In prima battuta, con una misura di 32.4 PSU, saremmo portati a mettere più sale, con la conseguenza di salare troppo l'acqua.

Esempio 2 - Taratura del rifrattometro fatta in estate a 27°C e misura fatta in inverno con strumento a 20°C

Salinità campione
Temperatura strumento
Temperatura taratura
Salinità misurata
35 PSU
20 °C
27 °C
37.2 PSU

Prendiamo uno strumento senza ATC, rifrattometro a 20°C e campione di taratura a 35 PSU. Se il rifrattometro è stato tarato a 27°C e non ha ATC, al posto di segnare 35 PSU segnerà 37.2 PSU. Il risultato è logico in quanto l'acqua si contrae con il diminuire della temperatura (fino a circa 4°C), quindi la salinità "apparente" sarà superiore.
In prima battuta, con una misura di 37.2 PSU, saremmo portati a diluire l'acqua, con la conseguenza di avere valori di calcio, magnesio e KH ben al di sotto della norma.

Effetti della salinità errata sui parametri

Una misura errata della salinità, porta ad errori anche macroscopici nella preparazione dell'acqua e quindi nella sua composizione. Riprendendo i due esempi precedenti, tentando di correggere la salinità misurata, porteremmo l'acqua ad una salinità reale di 37.6 PSU nell'esempio 1 e di 32.8 PSU nell'esempio 2.

Salinità
37.6 PSU
32.8 PSU
Elemento
ppm
ppm
Calcio
451
394
Magnesio
1482
1293
KH
8.6
7.5
Potassio
430
375
Stronzio
8.6
7.5


Tecniche per una misurazione corretta senza ATC

Taratura rifrattometro a 20°C - metodo classico

Taratura
  1. Portare il rifrattometro e la soluzione di calibrazione a 35 PSU a 20°C.
  2. Porre qualche goccia di soluzione di taratura sulla lente del rifrattometro e schiacciare delicatamente con l'apposito pannellino di copertura avendo cura che la soluzione non presenti bolle e sia uniformemente distribuita su tutta la superficie.
  3. Tarare lo strumento con l'apposita vite al fine di far coincidere la lettura a 35 PSU (SG 1.0266 a 20°C).
Misura
  1. Lasciare il rifrattometro per almeno 10 minuti nell'ambiente in cui si effettua la misura e determinare la temperatura ambiente.
  2. Prelevare un pochino di acqua da misurare e lasciare che si porti a temperatura ambiente.
  3. Porre qualche goccia di acqua da misurare sulla lente del rifrattometro e schiacciare delicatamente con l'apposito pannellino di copertura avendo cura che non siano presenti bolle e sia uniformemente distribuita su tutta la superficie.
  4. Leggere il valore di gravità specifica e inserire il suo valore nel programma qui in alto, inserendo come temperatura strumento la temperatura ambiente e come temperatura di taratura 20 °C.
  5. Dopo aver cliccato su "Calcola", apparirà il valore di salinità corretto.

Taratura rifrattometro alla temperatura ambiente

Questo sistema prevede la taratura dello strumento ogni volta che si effettua la misura della salinità ma non necessita di correzioni con il software.

Taratura
  1. Portare il rifrattometro e la soluzione di calibrazione a 35 PSU a temperatura ambiente
  2. Porre qualche goccia di soluzione di taratura sulla lente del rifrattometro e schiacciare delicatamente con l'apposito pannellino di copertura avendo cura che la soluzione non presenti bolle e sia uniformemente distribuita su tutta la superficie.
  3. Tarare lo strumento con l'apposita vite al fine di far coincidere la lettura a 35 PSU.
Misura
  1. Prelevare un pochino di acqua da misurare e lasciare che si porti a temperatura ambiente.
  2. Porre qualche goccia di acqua da misurare sulla lente del rifrattometro e schiacciare delicatamente con l'apposito pannellino di copertura avendo cura che non siano presenti bolle e sia uniformemente distribuita su tutta la superficie.
  3. Leggere il valore di salinità.

Misurazione tramite densimetro

Purtroppo sul mercato è sempre più difficile trovare densimetri di precisione ma riteniamo che sia ancora il metodo più semplice e che meno si presta a errori di misura o di interpretazione.

Misura
  1. Prelevare un po' di acqua da misurare e porla all'interno del recipiente di misura del densimetro.
  2. Porre il densimetro nell'acqua da misurare e leggere il valore di densità.
  3. Misurare la temperatura dell'acqua in cui è immerso il densimetro
  4. Inserire il valore di densità letto nel programma qui in alto, inserendo temperatura dell'acqua misurata e la temperatura di riferimento del densimetro, che solitamente è 20 °C.
  5. Dopo aver cliccato su "Calcola", leggere il valore di salinità.

Misura tramite conduttivimetro

Anche questo metodo si presta a meno errori rispetto all'uso del rifrattometro ma la lettura diretta della conducibilità deve essere corretta a seconda della temperatura.

Taratura
  1. Tarare lo strumento con una soluzione vicina a 53 mS/cm secondo le istruzioni del produttore dello strumento.
Misura
  1. Leggere il valore di conducibilità dato dallo strumento ed inserirlo nel programma qui in alto, inserendo la temperatura dell'acqua misurata. La temperatura di taratura è da considerarsi uguale a quella dell'acqua misurata.
  2. Dopo aver cliccato su "Calcola", leggere il valore di salinità.



References:
  1. Unesco – IES-80 - Algorithms for computation of fundamental properties of seawater – 1983
  2. Equation of state of Seawater
  3. Density and the Equation of State
  4. Seawater Density (salinity and temperature effects)
  5. Density of Seawater
  6. A global algorithm for estimating Absolute Salinity
  7. Practical Salinity Scale – 1978


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