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        環(huán)境監(jiān)測中pH平均值的計算探討

        2018-10-21 15:28:53段艷華
        名城繪 2018年9期
        關鍵詞:計算環(huán)境監(jiān)測

        段艷華

        摘要:本文主要圍繞著環(huán)境監(jiān)測中pH平均值的計算展開分析,思考了環(huán)境監(jiān)測中pH平均值的計算的方法和計算的具體的措施,希望可以為今后的環(huán)境監(jiān)測中pH平均值的計算工作提供參考。

        關鍵詞:環(huán)境監(jiān)測,PH平均值,計算

        在環(huán)境監(jiān)測中pH平均值的計算過程中,采取的計算方法會直接影響計算的效果,所以,一定要采取更好的計算方法,提高環(huán)境監(jiān)測中pH平均值的計算的效果。

        1、常用的pH平均值計算方法

        1.1 算數平均值

        如果對pH值取算數品均值,則會與實際情況有非常大的偏差,比如求以下三個pH值的平均值:5.00、8.00、8.00,如果以算數平均值計算,得到的結果為7。很顯然,如果將等量的以上三個不同pH值的水樣混合,在只考慮酸堿反應的情況下得到的水樣一定是酸性,即pH<7的,因此以算數平均值求pH平均值是不可取的。

        1.2 氫離子濃度[H+]水量加權法

        在國家環(huán)保局1986年版《環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》第二冊中規(guī)定,降水pH平均值采用氫離子濃度[H+]水量加權法計算。此方法即為求出各樣品中氫離子濃度的平均值后再由此得出pH值,此法雖然比單純求算數平均值有了一定的進步,但是在現實計算中,也會出現一些問題。《酸沉降監(jiān)測技術規(guī)范》規(guī)定,pH是酸沉降監(jiān)測中濕沉降監(jiān)測必測項目之一。在每月的降水監(jiān)測統(tǒng)計表中,降水pH平均值和酸雨pH平均值是統(tǒng)計編報工作中必須計算的兩個重要指標?!兜乇硭臀鬯O(jiān)測技術規(guī)范》規(guī)定,pH是地表水水質監(jiān)測必測項目,《地下水環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》也把pH作為必測項目之一。在所有水質監(jiān)測工作中,統(tǒng)計編報也要遇到pH平均值的計算問題。

        2、[H+][OH-]溶液體積加權中和法

        本法基本原理如下:如果將n個pH值分別為pH1、pH2…pHi…pHn的溶液混合,由于各溶液的[H+]和[OH-]不同,原來各溶液自身的水電離平衡被打破,全部的氫離子和全部的氫氧根離子相互作用,中和抵消后,剩余的氫離子或氫氧根離子在混合溶液中將建立新的水電離平衡。平衡后混合溶液的pH值即為n個溶液pH值的平均值。因此,各溶液對pH平均值的貢獻,不僅取決于它的[H+]濃度,而且還決定于該溶液貢獻多大的體積。設各溶液的體積分別為V1、V2…Vi…Vn,則:

        全部的氫離子的量H全+=∑[H+]iVi

        全部的氫氧根離子的量OH全-=∑[OH-]iVi

        其中:[H+]i=10-pHi;[OH-]i=10pHi-14。

        當H全+=OH全-,混合溶液顯中性,pH平均=7。

        當H全+>OH全-,混合溶液顯酸性,剩余氫離子的量H剩+=OH全+-OH全-,剩余的氫離子濃度為[H+]剩=H剩+V,其中V=∑Vi。

        這些剩余的氫離子在混合溶液中將建立起一個新的水電離平衡。可以理解為在體積為V的純水中加入和剩余的氫離子的量H剩+等量的氫離子,水的電離平衡H2OH++OH-將向左移動以達到新的平衡。新平衡建立后,混合溶液中總的氫離子濃度[H+]總由加入的氫離子濃度[H+]剩和水電離產生的氫離子濃度[H+]水組成,即[H+]總=[H+]剩+[H+]水。此時混合溶液中仍有氫氧根離子存在,其濃度為[OH-]總=10-14[H+]總。混合溶液中的氫氧根離子是由水電離產生的,而水電離產生的氫離子濃度和氫氧根離子濃度相等,因此通過公式計算有:

        [OH-]總=[OH-]剩,則:pH平均=14+log[OH-]剩。

        3、實驗結果與討論

        3.1 實驗

        取相同體積的已知pH值的水溶液于燒杯中混合均勻。測定混合溶液的pH值即為這些水溶液pH平均值。

        3.1.1 儀器設備

        pHS-2C型精密酸度計(上海雷磁儀器廠);雷磁E-201-C型pH復合電極;50ml大肚移液管;500ml燒杯;溫度計。

        3.1.2 試劑與樣品

        校正儀器用的標準緩沖溶液;新煮沸的純凈水;五種不同pH值的水樣。

        3.1.3 操作步驟

        預熱酸度計30min,并用標準緩沖溶液對儀器進行校正,同時進行溫度補償校正。每次測定后要用新煮沸的純凈水充分洗凈復合電極并用濾紙吸干。對預先準備的五種水樣的pH進行測定。結果分別為:7.15、4.52、10.98、10.60、8.64。分別取上述五種水樣50.00ml于500ml燒杯中混合均勻,測定其pH值,pH=10.30。

        3.2 討論

        上述實驗中五種水樣的pH值分別為:7.15、4.52、10.98、10.60、8.64,等體積混合水樣的實際測定值為pH=10.30。

        3.2.1 如果用1986年版《環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》第二冊和《四川省環(huán)境監(jiān)測編報技術規(guī)定匯編》中規(guī)定的氫離子濃度[H+]雨量(水樣體積)加權法計算:pH平均=5.22,顯然此計算結果不符合實際情況。

        3.2.2 如果用算術平均法計算:pH平均=8.38,算術平均法的計算結果與實際測定值相差近2個pH單位,也不能反映實際情況。

        3.2.3 運用本法

        H全+=3.027263824×10-5

        OH全-=1.3576065×10-3

        溶液混合中和抵消后有OH-剩余

        [OH-]剩=2.654667724×10-4>1×10-6

        pH平均=14+log[OH-]剩=10.42

        該計算結果和實測值非常接近,反映了實際情況。

        3.2.4 對于溶液pH≈7的pH平均值的計算,運用本方法即能得出正確結果,以6.80和7.30為例。

        H全+=2.086080426×10-7

        OH全-=2.626219659×10-7

        [OH-]剩=2.700696167×10-8<1×10-6

        [OH-]總=1.144110821×10-7

        pH平均=14+log[OH-]總=7.06

        計算結果符合實際。

        3.2.5 前面pH=6和pH=8求pH平均的例子,用本方法計算。

        H全+=10-6+10-8

        OH全-=106-14+108-14=10-8+10-6

        H全+=OH全-,混合溶液顯中性,pH平均=7

        計算結果和實際情況相符。

        4、結束語

        綜上所述,本文對環(huán)境監(jiān)測中pH平均值的計算的方法和對策進行了分析,研究了環(huán)境監(jiān)測中pH平均值的計算的一些比較可行的手段,可供今后計算參考。

        參考文獻:

        [1]陳晉鼎.談談PH值算法問題[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2017(05):60-61.

        [2]吳松恒.pH值單項評價指數的探討[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2017(01):62-63.

        [3]張建樂,張心宇,張永豐,張萬磊.北戴河海域夏季葉綠素a分布特征及其與pH、溶解氧的關系[J].海洋湖沼通報,2017(04):155-160.

        (作者單位:安徽省界首市環(huán)境保護監(jiān)測站)

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