การวัดความเค็มของน้ำ (salinity)

ความเค็มของน้ำเกิดจากเกลือต่างๆ ที่ละลายอยู่ในน้ำ คำจำกัดความของความเค็ม คือ ปริมาณเป็นกรัมของเกลืออนินทรีย์ที่มีอยู่น้ำในน้ำทะเล 1 กิโลกรัม เมื่ออนุมูลคาร์บอเนตทั้งหมดถูกเปลี่ยนเป็นออกไซด์ อนุมูลโบรไมด์ และไอโอไดด์ทั้งหมดถูกแทนที่ด้วยอนุมูลคลอไรด์ และสารอินทรีย์ทั้งหมดถูกออกซิไดซ์ (มนุวดี, 2532) การวัดความเค็มด้วยวิธีนี้กระทำได้ด้วยการระเหยน้ำทะเลให้แห้ง แล้วชั่งน้ำหนักเกลือที่เหลือ ต่อมาพบว่า ค่าความเค็มของน้ำมีความสัมพันธ์กับองค์ประกอบหลักของน้ำทะเล ซึ่ง William Dittmar ได้เสนอให้ใช้ปริมาณคลอไรด์หรือโบรไมด์ ค่า chlorinity เป็นปริมาณฮาโลเจนอิออนทั้งหมดในหน่วยเป็นกรัมในน้ำทะเล 1 กิโลกรัม เมื่อธาตุในหมู่ฮาโลเจนทั้งหมดถูกแทนที่ด้วยคลอไรด์ ความสัมพันธ์ระหว่างความเค็มและคลอไรด์เป็นดังนี้

ความเค็มที่ได้จากการวัดด้วยวิธีดังกล่าวมีหน่วยเป็นส่วนในพันส่วน ( part per thousand , ppt) หรือใช้สัญลักษณ์ ‰ สมการนี้มีผู้ใช้ติดต่อกันมาประมาณ 65 ปี แต่จากสมการข้างต้นพบว่าเมื่อค่า chlorinity เป็นศูนย์ ความเค็มจะมีค่าเท่ากับ 0.03 ซึ่งชี้ให้เห็นว่ามีปัญหาในการวัดจากห้องปฏิบัติการ เนื่องจากสมการดังกล่าวได้จากน้ำตัวอย่างเพียง 9 ตัวอย่าง ต่อมาในปี 1969 คณะกรรมการร่วมทางสมุทรศาสตร์ของยูเนสโก (UNESCO) จึงได้ตัดสินเปลี่ยนสมการความสัมพันธ์ระหว่างความเค็มและคลอไรด์ใหม่ดังนี้

ต่อมาได้มีการทบทวนคำนิยามของความเค็มอีกครั้งเมื่อได้มีการพัฒนาเทคนิคการหาความเค็มจากการวัดค่าความนำไฟฟ้า อุณหภูมิ และความดัน โดย The Practical Salinity Scale of 1978 เรียกความเค็มใหม่ว่า practical salinity ซึ่งหมายถึง อัตราส่วนของค่าความนำไฟฟ้าของน้ำทะเลต่อค่าความนำไฟฟ้าของความเข้มข้นมาตรฐานของสารละลายโปแทสเซียมคลอไรด์ (Segar, 1998)

จากนิยามนี้จะไม่ใช้สัญลักษณ์ ‰ หรือ ppt เป็นหน่วยวัดความเค็มของน้ำอีกต่อไป แต่จะใช้หน่วย practical salinity unit หรือ psu แสดงถึงค่าความเค็มที่วัดได้ อย่างไรก็ตามค่าความเค็ม 35 practical salinity unit (psu) จะเท่ากับ 35 ‰ การวัดความเค็มจากค่าความนำไฟฟ้าเป็นวิธีที่เที่ยงตรง และใช้กันแพร่หลายในปัจจุบัน (Segar, 1998)

ตาราง  อิออนหลักและอิออนรองในน้ำทะเลที่ความเค็ม 35 ส่วนในพัน

ที่มา : Sumich (1992)

น้ำตามแหล่งน้ำต่างๆ จะมีค่าความเค็มต่างๆ กันไป น้ำในมหาสมุทรมีความเค็มค่อนข้างคงที่เฉลี่ย 35 psu ส่วนความเค็มของน้ำบริเวณชายฝั่งมีค่าต่ำกว่าและผันแปรสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณเอสทูรี (estuary) ความเค็มของน้ำบริเวณเอสทูรีขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำจืดจากแม่น้ำและปริมาณน้ำทะเล ดังนั้นความเค็มของน้ำบริเวณเอสทูรีจึงผันแปรทั้งเวลาและระยะห่างจากทะเลประเภทของน้ำตามระดับความเค็มดังนี้ น้ำจืด (freshwater) มีความเค็มอยู่ในช่วง 0.0-0.21 psu น้ำกร่อย (brackishwater) มีความเค็มอยู่ในช่วง 0.21-30 psu และน้ำทะเล (seawater) มีความเค็มมากกว่า 30 psu ความเค็มมีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของสัตว์น้ำมาก ความเค็มของน้ำจะมีผลต่อการควบคุมปริมาณน้ำภายในร่างกาย ซึ่งเป็นผลมาจากความแตกต่างของแรงดันออสโมติกภายในตัวสัตว์น้ำกับน้ำภายนอก สัตว์ทะเลมีความเข้มข้นของอิออนต่าง ๆ ในร่างกายต่ำกว่าน้ำทะเล น้ำภายในตัวจึงซึมออกนอกร่างกายได้ง่าย ในทางตรงข้ามสัตว์น้ำจืดมีความเข้มข้นของอิออนต่างๆ ในร่างกายสูงกว่าน้ำภายนอกตัว น้ำภายนอกจึงสามารถแทรกซึมสู่ร่างกายได้ง่าย ส่วนสัตว์น้ำที่อาศัยตามแหล่งน้ำกร่อยซึ่งอาศัยอยู่ในเขตที่มีการเปลี่ยนแปลงความเค็มมาก จัดเป็นสัตว์น้ำที่ทนต่อการเปลี่ยนแปลงความเค็มได้ในช่วงกว้าง (euryhaline) ซึ่งสามารถนำมาเลี้ยงในน้ำที่มีความเค็มผันแปรในช่วงกว้างได้ อย่างไรก็ตามสัตว์น้ำในวัยต่างกันอาจต้องการความเค็มแตกต่างกัน และสัตว์น้ำแต่ละชนิดและระยะต่างกันทนต่อการเปลี่ยนแปลงความเค็มอย่างฉับพลันได้ต่างกัน

สัตว์แต่ละชนิดมีช่วงความเค็มที่เหมาะสม ปลานิล (Tilapia nilotica) สามารถอาศัยอยู่ในแหล่งน้ำที่มีความเค็มระหว่าง 0-10 psu ปลานิลแดง 0-17 psu (ช่วงที่เหมาะสม 0-10 psu) กุ้งกุลาดำ 0.2-70 psu (ช่วงที่เหมาะสม 10-25 psu) ถ้าความเค็มของน้ำเปลี่ยนแปลงมากกว่า 10 เปอร์เซ็นต์ ภายในเวลา 2-3 นาที สัตว์น้ำไม่สามารถปรับตัวต่อการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวได้ทำให้สัตว์น้ำตายได้ (Lawson, 1995; Boyd and Tucker, 1998) สัตว์น้ำจืดโดยทั่วไปสามารถอาศัยอยู่ในแหล่งน้ำที่มีความเค็มประมาณ 7 psu ได้ เนื่องจากสัตว์น้ำจืดมีความดันออสโมติกภายในร่างกายประมาณ 7 psu แต่จะมีอัตราการเจริญเติบโตต่ำ (Lawson, 1995; Boyd and Tucker, 1998)

การวัดความเค็มด้วย Reflecto-salinometer

การวัดความเค็มด้วย reflecto-salinometer เป็นการวัดดัชนีการหักเหของแสงของของเหลวที่บรรจุในเครื่องมือที่ใช้ที่เรียกว่า reflecto-salinometer ค่าความเค็มที่วัดด้วยวิธีนี้ให้ความละเอียด +1 ถึง +2 ส่วนในพันส่วน (กรมควบคุมมลพิษ และสมาคมวิศวกรสิ่งแวดล้อมแห่งประเทศไทย, 2541) เนื่องจากการหักเหของแสงในตัวกลางหนึ่งๆ ขึ้นกับค่าอุณหภูมิ ดังนั้นจึงไม่ควรวางเครื่องมือในที่ที่มีอุณหภูมิสูงหรือต่ำเกินไป เช่น วางตากแดด เป็นต้น การวัดความเค็มด้วย reflecto-salinometer มีวิธีการดังนี้

1. ตรวจสอบสเกล (scale) ของเครื่องวัดให้อยู่ที่ระดับ 0 โดยครั้งแรกหยดน้ำกลั่นลงบนแผ่นปริซึมเพื่อล้างความเค็มที่อาจตกค้างอยู่ เสร็จแล้วหยดน้ำกลั่นลงไปบนแผ่นปริซึมอีกครั้ง

2. ปิดแผ่นทาบปริซึม ยกเครื่องวัดขึ้นส่องไปยังบริเวณที่มีแสงสว่าง ถ้าสเกลของเครื่องวัดไม่อยู่ที่ระดับ 0 ปรับปุ่มปรับความเค็มที่อยู่ด้านบนเพื่อให้เครื่องอ่านค่าความเค็มได้เท่ากับ 0 ppt

3. เปิดแผ่นทาบปริซึมแล้วใช้กระดาษหรือผ้านุ่มๆ เช็ดน้ำที่เหลือออก แล้วหยดน้ำตัวอย่างที่ต้องการวัดลงไปบนปริซึม ปิดแผ่นทาบปริซึม อ่านค่าที่วัดได้โดยยกเครื่องวัดขึ้นส่องไปยังบริเวณที่มีแสงสว่าง

4. เมื่อวัดตัวอย่างเสร็จแล้วให้หยดน้ำกลั่นลงบนแผ่นปริซึมอีกครั้งหนึ่ง เพื่อทำความสะอาดก่อนเก็บเข้าที่

reflecto-salinometer

การวัดความเค็มจากค่าความนำไฟฟ้าด้วยเครื่อง WTW multiline P4

1. เสียบหัววัด salinity/conductivity เข้ากับตัวเครื่อง แล้วกดปุ่ม on/off

2. calibrated เครื่องวัด ดังนี้

1) set mode การวัดไปยัง mode salinity/conductivity

2) จุ่มหัววัดลงในน้ำยา calibration (0.01 mol/l KCl)

3) กดปุ่ม cal เครื่องจะ calibrated โดยอัตโนมัติ

4) หากเครื่องแสดง E3 บนหน้าจอให้อ่านรายละเอียดใน Troubleshooting

3. เมื่อ calibrated เสร็จเรียบร้อยแล้วล้างหัววัดให้สะอาดด้วยน้ำกลั่น

4. จากนั้นเข้าสู่ mode การวัดโดยกดปุ่มเพื่อเลือก function salinity /conductivity

5. ทำการวัดความเค็มของน้ำตัวอย่างโดยจุ่มหัววัดลงแหล่งน้ำที่ต้องการวัดหรือวัดในขวดเก็บตัวอย่าง

6. บันทึกค่าความเค็มที่ได้ ค่าความเค็มที่วัดนี้มีหน่วยเป็น psu

เครื่องวัดคุณภาพน้ำภาคสนามแบบ WTW ซึ่งสามารถวัดได้ทั้งพีเอช
ความเค็ม ค่าความนำไฟฟ้า ออกซิเจนละลาย และอุณหภูมิของน้ำ