許春英,孔素霞

(東明縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站,山東菏澤274500)

標(biāo)準(zhǔn)溶液直讀法標(biāo)定電導(dǎo)電極常數(shù)的探討

許春英,孔素霞

(東明縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站,山東菏澤274500)

目前電導(dǎo)率測(cè)定在實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)十分普遍而重要的項(xiàng)目,標(biāo)定電極常數(shù)的方法有直接測(cè)定法和比較測(cè)定法。在直接測(cè)定法的基礎(chǔ)上,針對(duì)現(xiàn)代數(shù)顯電導(dǎo)儀的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)溶液直讀法標(biāo)定電極常數(shù),繞過(guò)了標(biāo)定過(guò)程中需要測(cè)定電導(dǎo)G(電阻)的步驟。該方法直觀(guān)易懂,操作簡(jiǎn)單,不需要計(jì)算,省時(shí)省力,適用于所有需要調(diào)節(jié)并能讀出該電極常數(shù)的電導(dǎo)率儀。

電導(dǎo)電極;電極常數(shù);標(biāo)準(zhǔn)溶液直讀法

目前電導(dǎo)率測(cè)定在各實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)是一個(gè)十分普遍且重要的項(xiàng)目,廣泛應(yīng)用于大專(zhuān)院校、醫(yī)院、環(huán)保及各工業(yè)企業(yè)檢測(cè)液體、純水或高純水及工業(yè)產(chǎn)品。電導(dǎo)電極常數(shù)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到對(duì)被檢測(cè)對(duì)象的判定。目前測(cè)定電極常數(shù)的方法主要有直接測(cè)定法和比較測(cè)定法。直接測(cè)定法也叫標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定法,或者叫參比溶液測(cè)定法[1]。測(cè)定的過(guò)程是利用一個(gè)已知電導(dǎo)率的KCl標(biāo)準(zhǔn)溶液,測(cè)得與電導(dǎo)電極對(duì)應(yīng)的電極溶液的電導(dǎo)值G(或者電阻值),然后根據(jù)公式來(lái)計(jì)算出電極常數(shù)值[2],整個(gè)過(guò)程比較復(fù)雜。針對(duì)現(xiàn)代數(shù)顯電導(dǎo)儀的特點(diǎn),我們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定法進(jìn)行了改進(jìn),設(shè)計(jì)了一種標(biāo)準(zhǔn)溶液直讀法標(biāo)定電極常數(shù),在標(biāo)準(zhǔn)溶液中慢慢調(diào)整電極常數(shù),使儀器顯示的數(shù)值和這時(shí)的理論值一致,就可以直接讀取該常數(shù),繞過(guò)了標(biāo)定過(guò)程中需要測(cè)定電導(dǎo)G(電阻)的步驟。該方法直觀(guān)易懂,實(shí)用性強(qiáng),操作方便、簡(jiǎn)單,不需要計(jì)算,重復(fù)性好,省時(shí)省力,適用于所有需要輸入并能準(zhǔn)確讀出該電極常數(shù)的電導(dǎo)率儀。

1 方法原理

電導(dǎo)電極常數(shù)也叫電導(dǎo)池常數(shù),是電極的距離與電極面積之比,與溶液的電導(dǎo)率存在如下關(guān)系：

式中：K——溶液的電導(dǎo)率(μs/cm)

G——溶液的電導(dǎo)(μs)

J——電導(dǎo)池常數(shù)(cm-1)

在一定條件下溶液的電導(dǎo)G、電導(dǎo)率K都是定值,測(cè)定溶液的電導(dǎo)率時(shí),儀器顯示的值以K示值表示,電極常數(shù)則是一個(gè)需要輸入的量,可用下式表示：

在測(cè)定中慢慢調(diào)整儀器的電極常數(shù)器,當(dāng)儀器的顯示值K示值正好是溶液的電導(dǎo)率K時(shí),上面①式和②式相除得：

說(shuō)明儀器顯示的數(shù)值正好是這時(shí)溶液的標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率時(shí),調(diào)整的電極常數(shù)也正好是電極的實(shí)際電極常數(shù)。此式中只有J和K的關(guān)系,它將電極常數(shù)、電導(dǎo)和電導(dǎo)率三者的關(guān)系轉(zhuǎn)化為電極常數(shù)和電導(dǎo)率二者的關(guān)系。這就是標(biāo)準(zhǔn)溶液直讀法的理論基礎(chǔ)。

2 驗(yàn)證方案

2.1 儀器

電導(dǎo)率儀：上海盛磁儀器有限公司生產(chǎn)的DDS-11A電導(dǎo)率儀和浙江蕭山市伊士曼儀器公司生產(chǎn)的DDS-12A型電導(dǎo)率儀;電子恒溫水浴鍋(準(zhǔn)確到±0.1℃);水銀溫度計(jì)(經(jīng)過(guò)檢定合格,能讀到0.1℃);100mL小燒杯;配套電極。

2.2 試劑

純水(電導(dǎo)率小于0.5μs/cm);氯化鉀(優(yōu)級(jí)純),也可以用生產(chǎn)電導(dǎo)儀的生產(chǎn)廠(chǎng)家或者國(guó)家標(biāo)物中心統(tǒng)一制售的電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)樣品。

2.3 標(biāo)定過(guò)程

2.3.1 配制校準(zhǔn)溶液

要將氯化鉀在110℃烘箱中烘2～4h后再配制。溶液的濃度及理論電導(dǎo)率值見(jiàn)文獻(xiàn)表12～25[3](儀器說(shuō)明書(shū)后面或其他公認(rèn)數(shù)據(jù)也可采用)。這里出于稱(chēng)量的方便以及準(zhǔn)確度的需要,建議使用濃度為0.0100mol/L的溶液,當(dāng)需要濃度更低的KCl標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí),可以由此溶液稀釋得到。將燒杯用所配溶液充分洗凈,備用。

2.3.2 清洗電極

為確保測(cè)量精度,電極使用前應(yīng)用純水沖洗兩三次,甩干或用濾紙吸干。測(cè)量時(shí)用被測(cè)標(biāo)準(zhǔn)溶液沖洗2～3次。

2.3.3 溶液恒溫

在電子恒溫水浴鍋中加入適量水(以高出孔板3～6cm為宜),將溫度固定在文獻(xiàn)表中的任意一個(gè)溫度(可根據(jù)室溫而定,沒(méi)有這點(diǎn)的數(shù)值時(shí)可以用公式近似求得)。譬如25℃,控制溶液溫度為(25±0.1)℃。將盛標(biāo)準(zhǔn)溶液的燒杯放入其中慢慢搖動(dòng),使溶液充分恒溫。

2.3.4 進(jìn)行標(biāo)定

以DDS-11A型電導(dǎo)儀為例(這款電導(dǎo)儀的特點(diǎn)是能夠從液晶屏幕直接讀出電導(dǎo)常數(shù))。首先,按照儀器說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作,打開(kāi)電源開(kāi)關(guān),儀器進(jìn)入測(cè)量狀態(tài),電極常數(shù)不要輸入。其次,設(shè)定溶液溫度補(bǔ)償系數(shù)為(一般為2%)。將溫度設(shè)置為表中溶液的實(shí)際溫度。最后,儀器在測(cè)量狀態(tài)下,將清洗過(guò)的電極浸入標(biāo)準(zhǔn)溶液中,等數(shù)值穩(wěn)定后與這時(shí)溶液的標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率比較,如果不一致就調(diào)節(jié)電極常數(shù),直到使儀器顯示的電導(dǎo)率值和標(biāo)準(zhǔn)值一致。這時(shí)按“電極常數(shù)”鍵查看電極常數(shù),顯示的數(shù)值即為該電導(dǎo)電極常數(shù)實(shí)際值。換同一標(biāo)準(zhǔn)溶液兩次繼續(xù)測(cè)定若干次,可以取幾次平均值作為電極的電極常數(shù)。

用DDS-12A型電導(dǎo)儀測(cè)定電導(dǎo)常數(shù)的操作步驟基本相同。不同的是其電極常數(shù)在LED屏幕上顯示不出來(lái),只能從常數(shù)調(diào)節(jié)器上讀出來(lái),最后可估讀一位有效數(shù)字。注意事項(xiàng)有：(1)按照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行低周調(diào)零和電容調(diào)零。(2)將儀器溫度補(bǔ)償旋鈕置于25℃,使溫度補(bǔ)償不起作用。(3)旋動(dòng)電導(dǎo)常數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕,置于合適的位置,使L ED屏幕顯示當(dāng)時(shí)溫度下的標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率,讀取此時(shí)電導(dǎo)常數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕的值,加上默認(rèn)的起始值0.50即為此電導(dǎo)電極的常數(shù)(如果是DJS-10型的電極,則上述數(shù)值乘10即為該電極的常數(shù))。

為了考察該方法的可比性和適應(yīng)性,我們對(duì)本站的兩臺(tái)電導(dǎo)率儀分別用標(biāo)準(zhǔn)溶液直讀法進(jìn)行了電極常數(shù)標(biāo)定,然后用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)溶液法進(jìn)行標(biāo)定,并做了一個(gè)比較。條件是用兩種濃度的KCl標(biāo)準(zhǔn)溶液在25℃時(shí)對(duì)同一個(gè)電導(dǎo)電極分別測(cè)定2次,分別測(cè)定其電極常數(shù),然后取平均值做比較。結(jié)果匯總見(jiàn)表1：

表1 標(biāo)準(zhǔn)直讀法和標(biāo)準(zhǔn)溶液法的比較

3 結(jié)論

以上數(shù)據(jù)說(shuō)明用標(biāo)準(zhǔn)溶液直讀法得到的數(shù)據(jù)和用標(biāo)準(zhǔn)溶液法計(jì)算得到的數(shù)據(jù)基本一致,直接讀數(shù)法測(cè)定得到電極常數(shù)的方法完全可靠。而且該法更直觀(guān)易懂,操作簡(jiǎn)單方便,實(shí)用性強(qiáng)。

4 例證

2009年9月在對(duì)電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)試中按廠(chǎng)家給定的電極常數(shù)0.893測(cè)試時(shí)結(jié)果為181.4μs/cm,不在允許范圍之內(nèi)。在使用濃度為0.0100M的KCl標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定電極常數(shù)時(shí),將電極常數(shù)調(diào)整為1.005后,測(cè)定25℃時(shí)該標(biāo)準(zhǔn)溶液的電導(dǎo)率為1413μs/cm,和其標(biāo)準(zhǔn)值一致。用0.0010mol/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定電極常數(shù)時(shí)電極常數(shù)為1.004。采用平均值1.004作為該電導(dǎo)的常數(shù),之后對(duì)該電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測(cè)量時(shí)結(jié)果顯示為198.3μs/cm,和其真值198μs/cm相比誤差僅0.15%,在允許范圍之內(nèi)。在市站對(duì)我站進(jìn)行的電導(dǎo)率標(biāo)樣考試中,用我們標(biāo)定的電極常數(shù)其測(cè)定值為4.56μs/cm,結(jié)果完全在測(cè)定范圍之內(nèi)。

大量的研究事實(shí)證明：不進(jìn)行電極常數(shù)標(biāo)定,直接采用電極生產(chǎn)廠(chǎng)家給定的電極常數(shù)進(jìn)行測(cè)量,測(cè)得數(shù)據(jù)可能?chē)?yán)重偏離真實(shí)值,造成數(shù)據(jù)不合格,從而造成對(duì)事實(shí)的誤判。對(duì)于同一個(gè)電導(dǎo)電極在不同的電導(dǎo)率儀上使用,測(cè)得的電極常數(shù)可能也會(huì)有較大差別,這就是新電極要重新標(biāo)定的原因,而且在使用了一段時(shí)間后電極也要經(jīng)常標(biāo)定。

[1]王延平.常用電導(dǎo)率儀的校驗(yàn)方法[J].浙江化工,1988,(3)：39.

[2]崔一強(qiáng).電導(dǎo)電極常數(shù)校正方法的研究[J].化工之友,1998,(2)：20-21.

[3]楊繼光,呂丹彤,胡瑞青.電導(dǎo)電極常數(shù)測(cè)定方法的探討[J].工業(yè)計(jì)量,2008,18(3)：54-55.

[4]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].北京：中國(guó)環(huán)境出版社,2006.112.

[5]張完白,夏玉宇.化驗(yàn)員實(shí)用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1999.654.

Exploration on Calibrating Electrode Constant by Standard Solution Direct-reading Method

Xu Chunying,Kong Suxia
(Environmental Monitoring Stations of Dongming Heze Shandong274500)

Conductivity determination is a common and important project,there are direct method and compare calibration constant electrode methods.Based on modern digital conductivity meter,the author designed a direct reading method in standard solution,by passing the step of conductance G(resistance).This method is intuitive,simple operated,applicable to all the conductivity meters which need to be adjusted and read,and it need not calculate,saves time and manpower.

conductance electrode;electrode constants;standard solution direct-reading

X830.2

A

1008-813(2010)05-0063-03

10.3969/j.issn.1008-813X.2010.05.020

2010-08-30

許春英(1975—),女,山東省東明縣人,畢業(yè)于山東農(nóng)業(yè)大學(xué)微生物工程專(zhuān)業(yè),工程師,主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)與質(zhì)量保證工作。