王愛(ài)民,肖合偉,張金英

(東明縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站,山東東明274500)

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

王愛(ài)民,肖合偉,張金英

(東明縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站,山東東明274500)

目前電導(dǎo)率測(cè)定在實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)十分普遍而重要的方法,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

Abstract:At present,measuring conductivity for some experiments in the laboratory is a very common and important method.Calibration constant electrode method has directmethod and compare assay.Based on the characteristics of modern digital conductivity meter in the direct method,a method fo r electrode constant through reading the standard solution is designed,bypassing the step of determining conductance G(resistance).Themethod is easy to operate,and isn’t need to calculate.The method is applicable to the conductivity metes w hich need to be adjusted and are able to read the constant of electrode.

Key words:conductivity electrode;electrode constants;standard solution directly reading method

目前電導(dǎo)率測(cè)定在實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)十分普遍而重要的方法,廣泛使用于大專院校、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,也有叫參比溶液測(cè)定法的[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)其理論值一致,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,我們不妨以下式表示:

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)明在儀器顯示的數(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,這就將電極常數(shù)、電導(dǎo)和電導(dǎo)率3者的關(guān)系轉(zhuǎn)化為電極常數(shù)和電導(dǎo)率2者的關(guān)系。這就將用公式計(jì)算的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成單純儀器調(diào)整測(cè)量讀數(shù)的問(wèn)題。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

(1)電導(dǎo)率儀

用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。

(2)電子恒溫水浴鍋(準(zhǔn)確到±0.1℃)

(3)水銀溫度計(jì)(經(jīng)過(guò)檢定合格,能讀到0.1℃)

(4)100 m L小燒杯

(5)各配套電極

2.2 試劑

(1)純水(電導(dǎo)率小于0.5μS/cm);

(2)氯化鉀(優(yōu)級(jí)純),也可以用生產(chǎn)電導(dǎo)儀的生產(chǎn)廠家或者國(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

(1)配制校準(zhǔn)溶液,注意要將 KCl在110℃烘箱中烘2～4 h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)明書后面的或其他公認(rèn)數(shù)據(jù)也可采用)。這里由于稱量的方便以及準(zhǔn)確度的需要建議使用濃度為0.010 0 mol/L的,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)清洗電極 為確保測(cè)量精度,電極使用前應(yīng)用純水沖洗2～3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。

(3)在電子恒溫水浴鍋中加入適量水(以高出孔板3～6 cm為好),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),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。

(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)):①按照儀器說(shuō)明書進(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;②設(shè)定溶液溫度補(bǔ)償系數(shù)一般為2.0%,將溫度設(shè)置為表中溶液的實(shí)際溫度;③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),則顯示的該數(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2次繼續(xù)測(cè)定2次,可以測(cè)3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1位有效數(shù)字。要注意的事項(xiàng)有:①按照說(shuō)明書要進(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LED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即為則此電導(dǎo)電極的常數(shù)(如果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2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)溶液法再進(jìn)行標(biāo)定,并作了比較。條件是用2種濃度的 KCl標(biāo)準(zhǔn)溶液在25℃時(shí)對(duì)同1個(gè)電導(dǎo)電極分別測(cè)定3次,分別測(cè)定其電極常數(shù),然后取平均值做比較。為了考查方法的重復(fù)性,還對(duì)直讀法的重復(fù)性指標(biāo)(標(biāo)準(zhǔn)偏差)作了計(jì)算。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 例證

2009年9月我站在對(duì)電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)試中按廠家給定的電極常數(shù)0.893測(cè)試時(shí)結(jié)果為181.4μS/cm,不在允許范圍內(nèi)。在使用濃度為0.010 0 M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1 413 μS/cm,和其標(biāo)準(zhǔn)值一致。用0.001 0 mol/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。我們采用平均值1.004作為該電導(dǎo)的常數(shù)。之后再對(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)廠家給定的電極常數(shù)進(jìn)行測(cè)量測(cè)得數(shù)據(jù)可能嚴(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,這就是為什么新電極要重新標(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。

4 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,而且該法更直觀易懂,操作簡(jiǎn)單方便,實(shí)用性強(qiáng)。

[1] 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.

[2] 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 5750.4-2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法感官性狀和物理指標(biāo)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.

[3] 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.

Explore of directly Reading Electrode Constant for Standard Solution

WANG Ai-min,XIAO He-wei,ZHANG Jin-ying

(Dongming Environmental Monitoring Station,Dongming,274500,China)

X 830.2

A

1674-2842(2010)05-0026-03

2010-08-24

王愛(ài)民(1969-),男,山東東明人,工程師,主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)與質(zhì)量保證,負(fù)責(zé)儀器維護(hù)工作。