陳　巖，閆云浩，譚　婷，郭　宏

(1.北京工商大學計算機與信息工程學院，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)測方法主要有2種：一種是人工采樣，采用手持便攜式監(jiān)測儀或?qū)嶒炇曳治觯涣硪环N是在特定區(qū)域建設(shè)水質(zhì)自動監(jiān)測站。前者采樣頻率低，勞動強度大，無法實時監(jiān)控，不能反映水體水質(zhì)參數(shù)的連續(xù)動態(tài)變化。后者能實現(xiàn)水質(zhì)自動監(jiān)測。但存在投資成本高、建設(shè)周期長、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，無法實施多點監(jiān)測[1],但是這種傳統(tǒng)的檢測方式已不能適應(yīng)當前的市場需求[2]。文中通過對采集參數(shù)與溶液濃度、溫度的規(guī)律的探索，提出了水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的標定方法。

1　實驗部分

1.1實驗原理

pH是溶液中氫離子活度的一種標度，也就是通常意義上溶液酸堿程度的衡量標準[3]。pH值越趨向于0表示溶液酸性越強，反之，越趨向于14表示溶液堿性越強，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)的一個很重要的指標。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]。通過測定溶液的導(dǎo)電度來分析電解質(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指標也是水中生物生存不可缺少的條件。

1.2實驗儀器與試劑

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

試劑：38%濃度的濃鹽酸，固體NaOH。

1.3實驗步驟

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，貼好標簽，待標定。

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　實驗結(jié)果與分析

2.1鹽酸濃度與pH值的關(guān)系

從實驗數(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，鹽酸濃度隨著pH值的增大而線性減小，當pH>4時，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應(yīng)的pH值。

表2　鹽酸濃度以及對應(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，NaOH溶液的濃度發(fā)生微小變化就引起pH值的較大變化，當pH>11時，NaOH濃度隨著pH值的增大而線性增加。表3給出NaOH濃度以及對應(yīng)的pH值[8]。

表3　NaOH濃度以及對應(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)，通過實驗可知，當溶液的pH值特別小的時候，溫度影響特別小，當pH酸性稍微強一點的時候，pH值會隨著溫度的增大而增大，當溶液屬于堿性的時候,pH值會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)實驗數(shù)據(jù)得出溶液的pH隨著溫度的變化規(guī)律，當溶液處于強酸時，pH值隨著溫度的升高而變小，在20～40 ℃左右時，pH值變化基本處于不變。當溶液處于中度強酸時，pH值隨著溫度的升高而變大。當溶液處于中性和堿性時，pH值隨著溫度的變化升高而線性變小。通過計算得出，pH值隨著溫度變化的平均相對誤差為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，由實驗數(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有所下降，當NaOH溶液的濃度比較小時，溫度對NaOH溶液的電導(dǎo)率影響比較小，當NaOH溶液濃度比較大時，對溶液的電導(dǎo)率影響比較大[10]通過實驗數(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)實驗數(shù)據(jù)得出隨著NaOH溶液濃度的增加，電導(dǎo)率的相對誤差隨之減小，通過對表中數(shù)據(jù)的計算，電導(dǎo)率隨著溫度變化的平均相對誤差為4.3%。

2.6水的溶解氧與溫度的關(guān)系

由實驗數(shù)據(jù)可得，水的溶解氧在0 ℃是最大的，通過對多組數(shù)據(jù)進行實驗，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誤差為9.6%。

3　結(jié)論

該研究對pH值、電導(dǎo)率、溶解氧等參數(shù)進行了大量現(xiàn)場測試和標定，保證了數(shù)據(jù)的準確性。試驗結(jié)果表明：研究中同時考慮濃度和溫度對參數(shù)標定的影響，大幅度提高了標定性能的穩(wěn)定和誤差的準確性。

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