水質(zhì)監(jiān)測(cè)多參數(shù)的標(biāo)定研究

陳　巖，閆云浩，譚　婷，郭　宏

(1.北京工商大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，北京　100048；2.昆山諾金傳感技術(shù)有限公司，江蘇昆山　215300)

0　引言

傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法主要有2種：一種是人工采樣，采用手持便攜式監(jiān)測(cè)儀或?qū)嶒?yàn)室分析；另一種是在特定區(qū)域建設(shè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。前者采樣頻率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控，不能反映水體水質(zhì)參數(shù)的連續(xù)動(dòng)態(tài)變化。后者能實(shí)現(xiàn)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。但存在投資成本高、建設(shè)周期長(zhǎng)、需鋪設(shè)電纜和征地建站等局限性，其覆蓋水域不可能很廣，無(wú)法實(shí)施多點(diǎn)監(jiān)測(cè)[1],但是這種傳統(tǒng)的檢測(cè)方式已不能適應(yīng)當(dāng)前的市場(chǎng)需求[2]。文中通過(guò)對(duì)采集參數(shù)與溶液濃度、溫度的規(guī)律的探索，提出了水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的標(biāo)定方法。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)原理

pH是溶液中氫離子活度的一種標(biāo)度，也就是通常意義上溶液酸堿程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)[3]。pH值越趨向于0表示溶液酸性越強(qiáng)，反之，越趨向于14表示溶液堿性越強(qiáng)，在常溫下，pH=7的溶液為中性溶液。

電導(dǎo)率是物質(zhì)傳送電流的能力，是電阻率的倒數(shù)[4]。在液體中常以電導(dǎo)(電阻的倒數(shù))來(lái)衡量其導(dǎo)電能力的大小。水的電導(dǎo)是衡量水質(zhì)的一個(gè)很重要的指標(biāo)。根據(jù)水溶液中電解質(zhì)的濃度不同，則溶液導(dǎo)電的程度也不同[5]。通過(guò)測(cè)定溶液的導(dǎo)電度來(lái)分析電解質(zhì)在溶解中的溶解度。

溶解氧是指溶解在水或液體中的分子態(tài)氧，通常記作DO，用每升水里氧氣的毫克數(shù)表示[6]。水中溶解氧的多少是衡量水體自凈能力的一個(gè)指標(biāo)也是水中生物生存不可缺少的條件。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

主要儀器：電子天平，酸式滴定管(50 mL)，250 mL燒杯(3個(gè))，稱量瓶，堿式滴定管(50 mL)、容量瓶、錐形瓶、臺(tái)秤。

試劑：38%濃度的濃鹽酸，固體NaOH。

1.3實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1配制一定濃度的鹽酸

用量筒量取VmL的濃鹽酸(38%)，然后注入事先盛少量蒸餾水的燒杯中，然后將其稀釋到NmL，稀釋后轉(zhuǎn)入足夠大的容量瓶中定容。將所配溶液轉(zhuǎn)入潔凈的試劑瓶中，用玻璃瓶塞塞住瓶口，搖勻，貼好標(biāo)簽，待標(biāo)定。

1.3.2配制一定濃度的NaOH溶液

稱Mg氫氧化鈉放在燒杯中，加入PmL蒸餾水溶解，然后倒入足夠大的容量瓶里，分3次洗燒杯，將溶液全部倒入容量瓶里，最后用水稀釋至刻度線，搖勻，即得到所需濃度的氫氧化鈉溶液。表1給出配制溶液的容量及其各種所需的濃度。

表1　配制溶液的容量及其各種所需的濃度

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1鹽酸濃度與pH值的關(guān)系

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出pH值和鹽酸濃度近似呈線性關(guān)系，在pH<4時(shí)，鹽酸濃度隨著pH值的增大而線性減小，當(dāng)pH>4時(shí)，鹽酸濃度的微小變化引起pH的變化比較大。表2給出鹽酸濃度以及對(duì)應(yīng)的pH值。

表2　鹽酸濃度以及對(duì)應(yīng)的pH值

2.2NaOH濃度與pH值的關(guān)系

pH值與NaOH濃度近似呈線性關(guān)系，在pH<11時(shí)，NaOH溶液的濃度發(fā)生微小變化就引起pH值的較大變化，當(dāng)pH>11時(shí)，NaOH濃度隨著pH值的增大而線性增加。表3給出NaOH濃度以及對(duì)應(yīng)的pH值[8]。

表3　NaOH濃度以及對(duì)應(yīng)的pH值

2.3溶液的酸堿度與溫度的關(guān)系

溶液的pH值不僅與濃度有關(guān)，而且也與溫度有關(guān)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)溶液的pH值特別小的時(shí)候，溫度影響特別小，當(dāng)pH酸性稍微強(qiáng)一點(diǎn)的時(shí)候，pH值會(huì)隨著溫度的增大而增大，當(dāng)溶液屬于堿性的時(shí)候,pH值會(huì)隨著溫度的增大而線性減小。表4為溶液的pH隨著溫度的變化規(guī)律。

表4　溶液的pH隨著溫度的變化規(guī)律

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出溶液的pH隨著溫度的變化規(guī)律，當(dāng)溶液處于強(qiáng)酸時(shí)，pH值隨著溫度的升高而變小，在20～40 ℃左右時(shí)，pH值變化基本處于不變。當(dāng)溶液處于中度強(qiáng)酸時(shí)，pH值隨著溫度的升高而變大。當(dāng)溶液處于中性和堿性時(shí)，pH值隨著溫度的變化升高而線性變小。通過(guò)計(jì)算得出，pH值隨著溫度變化的平均相對(duì)誤差為2.0%。

2.4NaOH溶液的濃度與電導(dǎo)率的關(guān)系

NaOH溶液濃度與電導(dǎo)率存在一定的關(guān)系，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所得，溶液的濃度越大，則溶液的電導(dǎo)率就越大，并且溶液的濃度和電導(dǎo)率存在線性關(guān)系[9]。如表5給出NaOH溶液濃度和電導(dǎo)率的關(guān)系數(shù)據(jù)。

表5　NaOH溶液濃度和電導(dǎo)率(mS/cm)的關(guān)系

2.5NaOH溶液的電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系

NaOH溶液的電導(dǎo)率隨著溫度的升高會(huì)有所下降，當(dāng)NaOH溶液的濃度比較小時(shí)，溫度對(duì)NaOH溶液的電導(dǎo)率影響比較小，當(dāng)NaOH溶液濃度比較大時(shí)，對(duì)溶液的電導(dǎo)率影響比較大[10]通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，溶液在相同溫度下，在不同濃度下，電導(dǎo)率的相對(duì)誤差是線性下降的[11]。如表6給出NaOH溶液濃度和溫度的關(guān)系數(shù)據(jù)。

表6　NaOH濃度、溫度以及電導(dǎo)率(μS/cm)的關(guān)系

注：x為NaOH濃度，%。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出隨著NaOH溶液濃度的增加，電導(dǎo)率的相對(duì)誤差隨之減小，通過(guò)對(duì)表中數(shù)據(jù)的計(jì)算，電導(dǎo)率隨著溫度變化的平均相對(duì)誤差為4.3%。

2.6水的溶解氧與溫度的關(guān)系

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，水的溶解氧在0 ℃是最大的，通過(guò)對(duì)多組數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水的溶解氧是隨著溫度線性減小的[12]。如表7給出水的溶解氧與溫度關(guān)系。

表7　水的溶解氧(mg/L)與溫度(℃)的關(guān)系

根據(jù)表中數(shù)據(jù)得出，溶解氧隨著溫度變化的平均相對(duì)誤差為9.6%。

3　結(jié)論

該研究對(duì)pH值、電導(dǎo)率、溶解氧等參數(shù)進(jìn)行了大量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和標(biāo)定，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)結(jié)果表明：研究中同時(shí)考慮濃度和溫度對(duì)參數(shù)標(biāo)定的影響，大幅度提高了標(biāo)定性能的穩(wěn)定和誤差的準(zhǔn)確性。

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