酸雨監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量保證方法的探析

徐啟元，張宗笛，胡 倩，李 陽(yáng)，楊春艷

1.興義市氣象局，貴州興義 562400；2.黔西南州氣象局，貴州黔西南 562400

近年來(lái)，隨著人類(lèi)活動(dòng)的加劇，各地的降雨酸化問(wèn)題變得愈加突出，既損害了公眾的健康安全，又嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)的正常發(fā)展。酸雨是一種特殊的降水類(lèi)型，其特征是pH值低于5.6，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的酸性特征。酸雨已成為當(dāng)今世界面臨的最嚴(yán)重的環(huán)境危機(jī)之一。通過(guò)對(duì)酸雨進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為有關(guān)研究人員提供更加全面的信息，從而大大提高環(huán)境保護(hù)的效率和質(zhì)量。隨著我國(guó)政府的大力支持和鼓勵(lì)，酸雨監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)已成為重要的氣象參考資料。然而，受多種因素的影響，酸雨監(jiān)測(cè)結(jié)果存在一定的偏差，因此應(yīng)用科學(xué)、合理的酸雨監(jiān)測(cè)技術(shù)，制定有效的質(zhì)量改進(jìn)措施，能大大提高酸雨監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，從而更好地保證酸雨監(jiān)測(cè)工作的高效推進(jìn)。

1 酸雨的危害

根據(jù)酸雨基本特征分析，酸雨也被稱(chēng)為酸性沉淀。酸雨一般指的是酸度低于5.6的大氣降水，其典型表現(xiàn)形式可能伴有濃霧、暴雨和冰雹等。由于酸雨具有攜帶微小或氣態(tài)污染物的特性，這些污染物會(huì)隨著雨水一起飄散到周?chē)h(huán)境。當(dāng)空氣恢復(fù)至干燥狀態(tài)時(shí)，這些顆粒物將會(huì)迅速擴(kuò)散至地表，從而造成嚴(yán)重的酸性污染。隨著當(dāng)今環(huán)境污染的不斷加劇，相關(guān)部門(mén)越來(lái)越重視酸雨污染問(wèn)題。從本質(zhì)上來(lái)看，酸雨的產(chǎn)生是大量的酸性氣體和其他顆粒物被人類(lèi)無(wú)意識(shí)地排放到大氣層中而導(dǎo)致的。[1]

目前，造成酸雨的主要原因是汽車(chē)尾氣、煤炭燃燒和其他污染物的排放，這些都導(dǎo)致了硫酸雨和其他類(lèi)型酸雨的頻率增加。隨著季節(jié)的變化，酸雨的危害性也會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致不同時(shí)期的酸雨表現(xiàn)出不同的外在特征。對(duì)于那些受到嚴(yán)重污染的城市來(lái)說(shuō)，由于大量云層在城市上方出現(xiàn)，使得太陽(yáng)輻射和光照時(shí)間大幅度縮短。隨著酸雨的出現(xiàn)，受波及地區(qū)的農(nóng)作物生長(zhǎng)將會(huì)受到影響，土壤pH值越來(lái)越低，并伴隨其他不利的后果。除了造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，酸雨還可能破壞城市中的藝術(shù)品和其他建筑，并且給當(dāng)?shù)氐纳衷斐删薮蟮钠茐?圖1)。

近年來(lái)，氣象觀(guān)測(cè)技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。因此，當(dāng)需要對(duì)酸雨進(jìn)行預(yù)報(bào)和監(jiān)測(cè)時(shí)，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員可以運(yùn)用各種不同的方法，全面監(jiān)控和分析整個(gè)酸雨過(guò)程。若能夠提高監(jiān)測(cè)質(zhì)量，就可以避免產(chǎn)生各種類(lèi)型的酸雨觀(guān)測(cè)誤差，從而為當(dāng)前城市大氣污染問(wèn)題的解決提供重要的參考依據(jù)。通過(guò)全面的酸雨監(jiān)測(cè)，氣象部門(mén)可以提供定量數(shù)據(jù)，從而更好地采取酸雨防治措施。當(dāng)前，為了應(yīng)對(duì)酸雨的威脅，各地氣象部門(mén)正努力采取有效的監(jiān)測(cè)措施，以便實(shí)施全面的酸雨管控。

2 酸雨觀(guān)測(cè)的要點(diǎn)

2.1 采樣

2.1.1 采樣準(zhǔn)備確保酸雨樣品的準(zhǔn)確性是至關(guān)重要的。通過(guò)使用專(zhuān)門(mén)的采樣桶，可以有效地收集酸雨樣本，這是目前應(yīng)用最廣泛的方法之一。

為了獲得準(zhǔn)確的樣本，須要先準(zhǔn)備一個(gè)采樣桶，必須確保采樣桶潔凈度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，并且在必要時(shí)進(jìn)行徹底的清洗。若采樣桶的保存時(shí)間不低于30 d，則在重新使用之前，應(yīng)該用清水(配合適量的洗滌劑)清洗采樣桶，并用純水進(jìn)行2～3次滌蕩，去除殘留的純水后才能正常使用。

在使用采樣桶之前，需確保工作人員已完成手部清潔工作，然后從密封的塑料袋中拿出采樣桶，使用大約200 mL的純水滌蕩1～2次，倒掉剩下的純水，并蓋上桶蓋，最后運(yùn)往室外使用。

實(shí)踐表明，由于某些觀(guān)測(cè)人員未能全面清洗采樣桶或使用不干凈的清潔水源，導(dǎo)致酸雨采樣的準(zhǔn)確性和時(shí)效性受到嚴(yán)重影響。

2.1.2 采樣步驟工作人員需要事先將采樣桶安裝好并固定在采樣架上，當(dāng)降雨來(lái)臨時(shí)，應(yīng)立即打開(kāi)采樣桶。在1個(gè)降水采樣日期間，只對(duì)1次持續(xù)的降雨量進(jìn)行1次取樣。在1個(gè)降水日內(nèi)，若出現(xiàn)多次降雨，則需要進(jìn)行多次采樣，以便組合這些數(shù)據(jù)，形成完整的樣本。在連續(xù)幾天的降水過(guò)程中，需要根據(jù)采樣日期加以處理。在雨停后，立即封閉采樣桶，并將其送至實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)，必須在指定的時(shí)間段收集酸雨樣品，監(jiān)測(cè)人員必須在指定的時(shí)間段開(kāi)展酸雨采樣桶的收取工作。主要是因?yàn)閷?shí)時(shí)的酸雨采樣處理對(duì)觀(guān)察整個(gè)酸雨過(guò)程至關(guān)重要，而且每種酸雨的樣本濃度也存在差異。若未能及時(shí)收取采樣桶，將會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)酸雨采樣的準(zhǔn)確性和效率。氣象部門(mén)工作者必須嚴(yán)格按照規(guī)定的流程收集和安置采樣桶，并且指派專(zhuān)人負(fù)責(zé)監(jiān)督這幾項(xiàng)工作。

2.2 配置緩沖液

第一，根據(jù)酸雨監(jiān)測(cè)規(guī)定，必須精確配置標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液，確保其質(zhì)量和穩(wěn)定性。操作者需要打開(kāi)包裝，將藥品放進(jìn)250 mL規(guī)格的容量瓶。用少量的純水清洗包裝里層，然后將其置于容量瓶(重復(fù)3～4次)。將一定量的蒸餾水倒入容器，并在其接近刻度線(xiàn)時(shí)使用滴管逐漸添加，完成添加蒸餾水步驟后，確保擰緊瓶塞。操作者需要拿起容量瓶，一只手撐住底部，一只手握住瓶塞部，并進(jìn)行倒置處理，重復(fù)5～10次，確保里面的蒸餾水和化學(xué)試劑能夠完全混合在一起。在配置完成后，須在瓶身貼上標(biāo)簽，并記錄名稱(chēng)、配置日期、操作人員姓名等內(nèi)容。

第二，所用藥品必須符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，并且包裝完整，標(biāo)識(shí)明確；在配置2種緩沖溶液的過(guò)程中，必須確保所有的玻璃棒和燒杯都經(jīng)過(guò)徹底的清潔和消毒；使用純水徹底沖洗包裝袋中的殘留物，保證試劑用量的精確性；在配置過(guò)程中，應(yīng)注意避免灑漏。

第三，在配置標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液時(shí)，必須嚴(yán)格遵守相關(guān)的技術(shù)要求，并確保其儲(chǔ)存期限在3個(gè)月以?xún)?nèi)，同時(shí)禁止重復(fù)使用。如果在溶液中檢測(cè)到沉淀物，須立刻停止使用，產(chǎn)生沉淀現(xiàn)象的原因主要有以下2個(gè)：一是標(biāo)準(zhǔn)溶液已過(guò)期，二是配制的蒸餾水質(zhì)量不合格。

2.3 平衡降水樣品溫度

標(biāo)準(zhǔn)緩沖液的溫度與待測(cè)水樣的溫度必須保持一致，偏差不得超過(guò)±2 ℃。夏季，由于溫度偏高，樣本的溫度通常在20 ℃左右，但是標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液通常需要予以冷凍保存(4～10 ℃)。為了迅速達(dá)到理想的溫度平衡效果，建議先將標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液試劑瓶從冰箱中取出將其放入室內(nèi)，最好靜置2 h或更長(zhǎng)的時(shí)間。冬季，為了保持溫度平衡，建議將少量的水倒入一個(gè)容器，并將標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液試劑瓶與裝有降水樣本的燒杯放置其中。為了有效地處理固態(tài)降水樣本的溫度平衡問(wèn)題，可在試樣所在采樣桶中添加略高于室溫的水，能夠有效促進(jìn)降水的溶解，從而大大縮短達(dá)到溫度平衡所需的時(shí)間。

2.4 使用pH計(jì)

2.4.1 校準(zhǔn)在pH計(jì)校準(zhǔn)的過(guò)程中，必須精確控制標(biāo)準(zhǔn)溶液的溫度，并將它們調(diào)整至指定的參數(shù)，確保校準(zhǔn)過(guò)程的精確性，直至無(wú)需再次操作“定位”和“斜率”的旋鈕(圖2)。為了確保儀器的校準(zhǔn)精度，在完成樣品測(cè)量后，應(yīng)將蒸餾水的pH值與樣品結(jié)果進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)兩者存在顯著的差異，則應(yīng)分析儀器是否存在故障，或者儀器的校準(zhǔn)精度是否有待提高。

圖2 pH計(jì)校準(zhǔn)過(guò)程

此外，通過(guò)使用pH試紙法和儀器的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較也可以達(dá)到這一效果。在測(cè)量過(guò)程中，pH值的讀數(shù)可能會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，或者呈現(xiàn)出規(guī)律性的增大或減小趨勢(shì)。這種情況通常是由于儀器的標(biāo)定不當(dāng)而導(dǎo)致的，此時(shí)可以通過(guò)重復(fù)進(jìn)行2點(diǎn)標(biāo)定來(lái)調(diào)整儀器，達(dá)到最佳的測(cè)量效果。在進(jìn)行標(biāo)定之前，必須使用蒸餾水徹底沖洗電極和燒杯，然后使用中性濾紙加以擦拭。

2.4.2 常見(jiàn)故障及排除(1)“定位”的pH值未能達(dá)到當(dāng)時(shí)溫度下中心標(biāo)準(zhǔn)緩沖液的值。原因及處理方法：①若觀(guān)察復(fù)合電極玻璃管中的溶液已經(jīng)完全消失，則應(yīng)該立即拆除電極上方的橡皮塞，并補(bǔ)充3 mL氯化鉀溶液，或者更換復(fù)合電極。②如果復(fù)合電極出現(xiàn)故障，須盡快進(jìn)行更換。③若pH計(jì)內(nèi)部電位器損壞，建議將其交由具備相關(guān)資質(zhì)的維修機(jī)構(gòu)進(jìn)行更換。

(2)“斜率”無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)時(shí)溫度下酸性或堿性標(biāo)準(zhǔn)緩沖液的pH要求。原因及處理方法：①若復(fù)合電極因?yàn)槔匣霈F(xiàn)性能明顯下降的問(wèn)題，應(yīng)盡快更換。②若內(nèi)部電位器出現(xiàn)故障，建議將其送到具備專(zhuān)業(yè)技術(shù)資質(zhì)的維修中心進(jìn)行更換。

(3)在測(cè)量pH值時(shí)，讀數(shù)可能會(huì)變得不穩(wěn)定，甚至?xí)蛞粋€(gè)方向出現(xiàn)偏差。原因及處理方法：①若水樣的K值太小(如小于10 μS/m)，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)平衡時(shí)間。②若由于復(fù)合電極的內(nèi)阻超出了正常范圍，電極老化，則應(yīng)盡快進(jìn)行更換。③若復(fù)合電極插頭(座)因?yàn)槌睗窕蛭廴径鴵p壞，須立即關(guān)閉電源，并使用95%的酒精擦拭，等待完全干燥后再使用。若讀數(shù)仍然不穩(wěn)定，或者出現(xiàn)了偏差，則應(yīng)進(jìn)行維修。④電源電壓波動(dòng)劇烈，或者因?yàn)榻拥鼐€(xiàn)連接出現(xiàn)問(wèn)題，需判斷穩(wěn)壓器運(yùn)行是否良好，并重新焊接接地線(xiàn)。

2.5 注意事項(xiàng)

2.5.1 合理配置所需緩沖液通過(guò)使用特定的化學(xué)試劑和純水，可以制備出標(biāo)準(zhǔn)的緩沖溶液。由于其pH值穩(wěn)定，因此可以進(jìn)行科學(xué)校準(zhǔn)。由于標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的配置煩瑣，因此它的pH值很可能受到外界因素的影響而發(fā)生變化。在開(kāi)始配制前，必須仔細(xì)檢查相關(guān)化學(xué)試劑，確保它們沒(méi)有變色或結(jié)塊的情況，否則將無(wú)法使用。

此外，還需要確保所配制的容器和設(shè)備處于清潔狀態(tài)。為了確保標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的質(zhì)量，在貯存過(guò)程中應(yīng)當(dāng)盡可能避免直接暴露在陽(yáng)光下。為了保證緩沖液在儲(chǔ)存期間的穩(wěn)定性，建議將其放入冰箱冷藏室內(nèi)進(jìn)行保存，避免出現(xiàn)混濁和沉淀的問(wèn)題，若發(fā)生這種情況，需立刻停止使用，并重新進(jìn)行配制。此外，需要注意的是，這種溶液的存放期限不得超過(guò)3個(gè)月。

2.5.2 保證采樣桶的潔凈度通常，使用采樣桶可以有效地收集并保存降水樣本。當(dāng)采樣桶被污染時(shí)，它所盛放的酸雨樣本測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性將顯著下降。因此，在采集和儲(chǔ)存降水樣本之前，采樣桶應(yīng)該使用蒸餾水清潔并進(jìn)行密封，然后將它們裝入塑料袋，以便更好地保存。在使用新買(mǎi)的容器和設(shè)備之前，必須進(jìn)行徹底的清潔。使用硝酸將其浸泡，然后用清水將其洗凈，直至其pH值達(dá)到中性。在完成干燥并密封后，即可安全地進(jìn)行儲(chǔ)存。在使用任何日常器皿前后，都應(yīng)使用純水進(jìn)行滌蕩處理。對(duì)于長(zhǎng)期放置不用的玻璃器皿再次使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行處理，確保其滿(mǎn)足相應(yīng)的清洗要求。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢查且判斷符合標(biāo)準(zhǔn)后，可以將其應(yīng)用于酸雨監(jiān)測(cè)工作[2-6]。除此之外，若采樣桶的保存期超過(guò)1個(gè)月，就必須對(duì)其進(jìn)行徹底的清洗滌蕩。

2.5.3 防止試樣二次污染在樣本采集工作結(jié)束至分析降水樣本的過(guò)程中，若將其敞開(kāi)，可能會(huì)導(dǎo)致污染物濃度發(fā)生改變，因此，最好能夠及時(shí)進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)固體降水或水樣溫度過(guò)低時(shí)，應(yīng)立即蓋上采樣桶蓋，防止樣品受到污染，同時(shí)進(jìn)行室溫平衡處理。需要注意的是，樣本的存放時(shí)間最多不能超過(guò)2 h。當(dāng)水樣儲(chǔ)存超過(guò)2 h后，它的pH值會(huì)受到工作環(huán)境的影響。以冬季為例，研究表明，冬季的取暖設(shè)備會(huì)導(dǎo)致空氣中二氧化硫和二氧化碳的濃度增加，從而導(dǎo)致pH值下降[7-10]。

2.5.4 合理應(yīng)用維護(hù)儀器對(duì)相關(guān)儀器設(shè)備進(jìn)行科學(xué)維護(hù)能夠盡可能縮小樣本測(cè)定誤差范圍，同時(shí)可以更好地完成相關(guān)監(jiān)測(cè)工作。在操作相關(guān)儀器設(shè)備時(shí)，應(yīng)確保它們處于清潔的環(huán)境，避免降水樣本受到二次污染。維護(hù)實(shí)驗(yàn)室的衛(wèi)生狀態(tài)，確保所有的表面保持干爽。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)嚴(yán)禁吸煙，并且禁止將任何飲料或食物帶入實(shí)驗(yàn)室。在進(jìn)行測(cè)量活動(dòng)之前，應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行徹底的清潔，確保所有測(cè)量器具都得到妥善放置，以免發(fā)生混亂。在使用完畢后，應(yīng)當(dāng)將其徹底清洗，然后再放回原處。

在使用pH計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免發(fā)生碰撞。若檢測(cè)溶液中含有易受污染的敏感球部，將會(huì)導(dǎo)致電極鈍化，從而導(dǎo)致斜率顯著下降，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了確保測(cè)量精度，應(yīng)該定期檢測(cè)pH計(jì)和電導(dǎo)電極，并且盡量避免使用超檢儀器。酸雨pH儀和電導(dǎo)率儀必須連接正常，如果長(zhǎng)時(shí)間不使用，則需要及時(shí)斷開(kāi)電源。在使用之前，需確保電壓符合標(biāo)準(zhǔn)，并且開(kāi)關(guān)和旋鈕的位置也都正確無(wú)誤。如果電壓出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，應(yīng)立即停止運(yùn)行并進(jìn)行檢查，確定故障原因并恢復(fù)正常工作。在使用之前，先提前加熱半小時(shí)，并且在使用完畢后，將所有的按鍵和開(kāi)關(guān)歸位[11]。

3 結(jié)束語(yǔ)

酸雨監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，相關(guān)工作人員需要具備精確的操作能力和保持嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以為基礎(chǔ)科學(xué)研究提供重要的參考，并且可以用來(lái)評(píng)估氣候變化和酸性降水對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。

為了確保日常工作的順利開(kāi)展，應(yīng)該對(duì)所有的操作都制定明確的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并且認(rèn)真地執(zhí)行，以便獲得更加精確、可靠的觀(guān)測(cè)結(jié)果。從根本上解決問(wèn)題，避免人為干擾和儀器故障，學(xué)習(xí)如何解決常見(jiàn)問(wèn)題，并努力掌握酸雨觀(guān)測(cè)規(guī)范和技術(shù)規(guī)定，從而獲得準(zhǔn)確可靠的科學(xué)數(shù)據(jù)，為改善環(huán)境、促進(jìn)當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供有效支持。