蘆 朋 劉 悅

在一定溫度下，對(duì)某一水域進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，電導(dǎo)率的數(shù)值是水中所含離子成份和離子含量的綜合反映。以廊坊地區(qū)潮白河水系趕水壩監(jiān)測(cè)站點(diǎn)為研究對(duì)象，在檢測(cè)水樣溫度不變的情況下，電導(dǎo)率與礦化度和總硬度存在線(xiàn)性相關(guān)性。利用電導(dǎo)率可快速計(jì)算出礦化度和總硬度得的數(shù)值，一方面可以減少水質(zhì)檢測(cè)人員的工作量，節(jié)約勞動(dòng)成本；另一方面還可以應(yīng)用到應(yīng)急監(jiān)測(cè)中，迅速判斷水質(zhì)狀況。

1.電導(dǎo)率應(yīng)用的可行性

趕水壩水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)隸屬于河北省廊坊市香河縣，位于京、津兩大城市之間，主要負(fù)責(zé)該地區(qū)潮白河的水質(zhì)數(shù)據(jù)收集。該地屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，全年降水量的80%左右集中在6～9月份，水質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)目某些數(shù)據(jù)環(huán)比、同比規(guī)律明顯，且相對(duì)穩(wěn)定。因此，該監(jiān)測(cè)站點(diǎn)礦化度、總硬度可與電導(dǎo)率建立線(xiàn)性關(guān)系。電導(dǎo)率（除去水中粗大懸浮物、油和脂干擾）具有程序簡(jiǎn)單、測(cè)定快、誤差小等特點(diǎn)，利用電導(dǎo)率推算礦化度、總硬度項(xiàng)目時(shí)，具有很強(qiáng)的時(shí)效性，可以及時(shí)掌握水質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化情況，對(duì)其他水質(zhì)項(xiàng)目的檢驗(yàn)有明顯的指導(dǎo)意義，在應(yīng)急監(jiān)測(cè)過(guò)程中能夠普遍應(yīng)用。

以趕水壩2016～2018年所測(cè)水體電導(dǎo)率、礦化度和總硬度為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性研究，見(jiàn)表1。

表1 2016～2018年趕水壩水質(zhì)檢測(cè)參數(shù)表

2.由電導(dǎo)率推算礦化度

礦化度反映的是水中所含無(wú)機(jī)礦物質(zhì)的總量，是水化學(xué)成分檢測(cè)的重要指標(biāo)。飲用水礦化度過(guò)高或過(guò)低對(duì)人體都會(huì)產(chǎn)生不利影響，多項(xiàng)病變都是由于長(zhǎng)期飲用低礦化度水破壞人體內(nèi)堿金屬和堿土金屬離子相對(duì)平衡，而高礦化度的水同樣會(huì)危害人體健康，長(zhǎng)期飲用未經(jīng)處理的高礦化度水會(huì)誘發(fā)結(jié)石病。因此，礦化度是判斷飲用水水質(zhì)狀況不可或缺的指標(biāo)。

測(cè)定礦化度的方法多種多樣，其中重量法、比重法、離子交換法最為常用。由于重量法對(duì)實(shí)驗(yàn)條件和儀器要求相對(duì)較低，是目前采用最廣泛的方法。其原理是將水樣經(jīng)過(guò)濾，濾除漂浮物和沉降性固體物，然后放在預(yù)先干燥至恒重的蒸發(fā)皿中，快速蒸干，加高純度過(guò)氧化氫去除有機(jī)物質(zhì)，最后設(shè)定烘箱溫度為180℃±3℃，烘干至恒重，此時(shí)稱(chēng)重值減去蒸發(fā)皿稱(chēng)重值即為礦化度。

采用重量法測(cè)定礦化度存在誤差，其來(lái)源有下3 點(diǎn)：一是蒸干和烘干過(guò)程中水樣受熱發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，碳酸氫根損失了一半,原理如下：二是在烘干過(guò)程中硝酸根離子和氯離子會(huì)部分損失出現(xiàn)負(fù)誤差；三是樣品烘干后稱(chēng)重吸潮，造成正誤差。在水樣檢測(cè)時(shí)，礦化度的測(cè)定操作繁瑣,使用儀器種類(lèi)多，誤差來(lái)源多，耗時(shí)耗力，而電導(dǎo)率測(cè)定十分簡(jiǎn)單、快捷、易操作，且準(zhǔn)確度高。當(dāng)水樣批量大時(shí)，為保證數(shù)據(jù)的輸出效率礦化度的傳統(tǒng)測(cè)定方法明顯不足。基于此尋找一種既簡(jiǎn)便又準(zhǔn)確替代礦化度的測(cè)定方法迫在眉睫。通過(guò)對(duì)某一固定取樣點(diǎn)兩項(xiàng)參數(shù)的多次測(cè)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境下，電導(dǎo)率與礦化度確實(shí)存在相關(guān)性，可以通過(guò)測(cè)定電導(dǎo)率的值來(lái)推算出礦化度的值。

以趕水壩2016～2018年所測(cè)水體電導(dǎo)率與礦化度為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1，進(jìn)行相關(guān)性分析，由圖1 擬合方程可看電導(dǎo)率與礦化度之間有很好的線(xiàn)性相關(guān)性，可得方程y=0.6647x-39.125 且R2=0.9796，此線(xiàn)性關(guān)系可應(yīng)用于趕水壩水質(zhì)參數(shù)的推算。

3.由電導(dǎo)率推算總硬度

總硬度反映的是水中鈣、鎂離子的總濃度。水樣中鈣、鎂離子加熱后能以碳酸鹽形式沉淀下來(lái)的稱(chēng)為暫時(shí)硬度；加熱后不能沉淀下來(lái)的那部分鈣、鎂離子稱(chēng)為永久硬度。改革開(kāi)放以來(lái)，經(jīng)濟(jì)日益繁榮，人民生活水平逐步提升，人們對(duì)工業(yè)用水和生活用水的標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)。因此，水質(zhì)總硬度指標(biāo)的測(cè)定必不可少。目前測(cè)定水樣總硬度有化學(xué)分析法、儀器分析法、原子吸收法、色譜分析法等，其中化學(xué)分析法最為常用，利用EDTA 滴定，由滴定關(guān)系求得總硬度，但此方法存在干擾較多。

3.1 溶 液 PH 值 問(wèn) 題

EDTA 滴定總硬度的原理在顯色劑的作用下，金屬鈣鎂離子與EDTA 生成絡(luò)合物，到達(dá)滴定終點(diǎn)時(shí)發(fā)生顯色反應(yīng)。測(cè)定時(shí)溶液的PH 值在一定程度上會(huì)影響顯色反應(yīng)的進(jìn)行。PH 過(guò)低的溶液環(huán)境下，生成的絡(luò)合物不穩(wěn)定；PH 過(guò)高的溶液環(huán)境下，鈣、鎂離子不能進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)。所以，在測(cè)定水樣總硬度的整個(gè)過(guò)程中要嚴(yán)格把控反應(yīng)溶液的PH值，才能確保測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2 滴定溶液的溫度問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，溫度必須嚴(yán)格控制在方法要求的范圍內(nèi)。低于方法要求的溫度則反應(yīng)速度會(huì)過(guò)慢，引起顯色遲緩，容易造成滴定過(guò)量；高于方法要求的溫度則顯色劑易變質(zhì)，使實(shí)驗(yàn)反應(yīng)不充分，造成所測(cè)數(shù)值偏低。

3.3 緩沖溶液的問(wèn)題

ETDA 溶液存在水解反應(yīng)，呈弱酸性。檢測(cè)過(guò)程中溶液PH 值對(duì)其影響較大。為了滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求的PH 范圍，需將緩沖溶液迅速加入到滴定溶液中，減小緩沖溶液對(duì)EDTA 酸堿度的影響。

3.4 鉻 黑 T 的 問(wèn) 題

圖1 2016～2018年趕水壩水體電導(dǎo)率與礦化度關(guān)系圖

圖2 2016～2018年趕水壩水體電導(dǎo)率與總硬度關(guān)系圖

在測(cè)定總硬度的實(shí)驗(yàn)中通常選用鉻黑T 做指示劑，在用化學(xué)分析法測(cè)總硬度的實(shí)驗(yàn)中與鈣、鎂離子發(fā)生置換反應(yīng)，到達(dá)滴定終點(diǎn)時(shí)溶液發(fā)生明顯的顏色變化。鉻黑T 指示劑分為是固體指示劑和液體指示劑兩種。固體指示劑的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，存取簡(jiǎn)單方便；缺點(diǎn)是用量難以控制，鉻黑T 加多會(huì)致使溶液顏色過(guò)深，鉻黑T 加少則導(dǎo)致滴定終點(diǎn)顯色不明顯?？傊t黑T 滴定過(guò)程中加量的多少都會(huì)影響反應(yīng)終點(diǎn)的判斷，最終引起滴定誤差。如果將指示劑用液體代替，使用中用量容易控制，但是在滴定過(guò)程pH 值過(guò)高，則會(huì)使指示劑失效并快速褪色，將使檢測(cè)不能繼續(xù)進(jìn)行。

因此，發(fā)現(xiàn)一種快速、高效、準(zhǔn)確測(cè)定總硬度的方法尤其重要，而電導(dǎo)率可以直接通過(guò)電導(dǎo)率儀測(cè)定,操作非常簡(jiǎn)單。EDTA 滴定總硬度比電導(dǎo)率測(cè)定復(fù)雜，因此利用電導(dǎo)率與總硬度的相關(guān)性，多次測(cè)量建立關(guān)系式。用所測(cè)電導(dǎo)率數(shù)值推算總硬度,具有準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

以趕水壩2016～2018年所測(cè)水體電導(dǎo)率與總硬度為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1，進(jìn)行相關(guān)性分析，由圖2 擬合方程可看電導(dǎo)率與總硬度之間有很好的線(xiàn)性相關(guān)性，可得方程y=0.2116x+53.579 且R2=0.9079，此線(xiàn)性關(guān)系可應(yīng)用于趕水壩水質(zhì)參數(shù)的推算。

4.結(jié)語(yǔ)

目前，生態(tài)環(huán)境的保護(hù)備受關(guān)注，而水資源作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活必可不少的基礎(chǔ)資源更需要有關(guān)部門(mén)準(zhǔn)確并及時(shí)的掌握其水質(zhì)數(shù)據(jù)。2015年4月，國(guó)務(wù)院發(fā)布了水污染防治行動(dòng)計(jì)劃(簡(jiǎn)稱(chēng)“水十條”)，在該背景下國(guó)家有關(guān)部門(mén)和單位對(duì)檢測(cè)行業(yè)中地表水水質(zhì)檢測(cè)的高效性和準(zhǔn)確性也提出了更高的要求。在水質(zhì)檢測(cè)諸多的指標(biāo)中，礦化度和總硬度是地表水中陰陽(yáng)離子含量的綜合指標(biāo)，能夠間接的反映水質(zhì)中某些離子含量的多少，而且對(duì)硫酸鹽、氯化物、總堿度等水質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè)有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。因此，在應(yīng)急檢測(cè)中由電導(dǎo)率推算礦化度和總硬度顯得十分重要。電導(dǎo)率操作簡(jiǎn)單，可現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)定，在特定的環(huán)境下其主要影響因素有溶解鹽的成分、溶液含鹽濃度，理論上也和礦化度、總硬度有著緊密的聯(lián)系。所以這些指標(biāo)在某些條件下會(huì)出現(xiàn)相關(guān)性，如針對(duì)趕水壩監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，出現(xiàn)較密切的相關(guān)性，利用相關(guān)性計(jì)算礦化度和總硬度，使檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單、快捷，可以提高人工效率，節(jié)約人工成本。但此方法的應(yīng)用要因地制宜，綜合考慮地域水質(zhì)組成的差異性，由于不同的地域離子組成差異很大，所以電導(dǎo)率與總硬度和礦化度的關(guān)系需重新確定。