工程勘察中比濁法測定硫酸鹽的實(shí)驗(yàn)研究

摘" 要：DZ/T 0064.65—2021《地下水質(zhì)分析方法》硫酸鹽的測定比濁法方法中，吸光度對實(shí)驗(yàn)條件較敏感，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性較差，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不能滿足要求。通過改變氯化鋇形態(tài)（晶體變?yōu)槿芤海?、延長攪拌后靜置時(shí)間、增加混合穩(wěn)定劑的加入量等實(shí)驗(yàn)條件，分析吸光度及標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)的變化，找出滿足檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的實(shí)驗(yàn)條件，讓該方法更好地在實(shí)際中應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改變上述實(shí)驗(yàn)條件，對吸光度有較大影響；改變氯化鋇形態(tài)、增加混合穩(wěn)定劑的加入量且延長攪拌后的靜置時(shí)間，都可以提高標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R2可以達(dá)到0.999，從而提高檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，為工程勘察提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持、為工程質(zhì)量及安全提供更有力保障。

關(guān)鍵詞：比濁法；硫酸鹽；氯化鋇溶液；靜置時(shí)間；混合穩(wěn)定劑

中圖分類號：TU46+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）01-0052-04

Abstract： In the DZ/T 0064.65—2021\"Analysis Method for Groundwater Quality\"， the turbidimetric method for the determination of sulfates is sensitive to experimental conditions， the linearity of the standard curve is poor， and the data accuracy cannot meet the requirements. By changing the morphology of barium chloride （crystals turn into solution）， lengthening the standing time after stirring， and increasing the amount of mixed stabilizer， the changes in absorbance and standard curve correlation coefficients were analyzed to find out the experimental conditions that meet the accuracy of the test data.， allowing this method to be better applied in practice. The experimental results show that changing the above experimental conditions has a great impact on absorbance; changing the form of barium chloride， increasing the added amount of mixed stabilizer and lengthening the standing time after stirring can all improve the linear correlation of the standard curve， and the correlation coefficient R2 can reach 0.999， thereby improving the accuracy of detection data， providing more accurate data support for engineering investigation， and providing a stronger guarantee for project quality and safety.

Keywords： turbidimetry; sulfate; barium chloride solution; standing time; mixed stabilizer

硫酸鹽（SO42-）廣泛存在于地下水和土壤中，對建筑材料有極強(qiáng)腐蝕性，進(jìn)而影響工程的耐久性。GB 50021—2009《巖土工程勘察規(guī)范》水和土的腐蝕性評價(jià)[1]中根據(jù)硫酸鹽濃度大小，腐蝕性等級可分為微、弱、中、強(qiáng)腐蝕。硫酸鹽也是鹽漬土的判定和分類的主要參數(shù)之一。對存在腐蝕性的場地，對其處理改造和應(yīng)用的工程造價(jià)也會增大。由此檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，一點(diǎn)小小的誤差，可能導(dǎo)致資源浪費(fèi)也可能會影響結(jié)構(gòu)安全。

硫酸鹽檢測最常用的方法有EDTA滴定法、離子色譜法和分光光度計(jì)比濁法。滴定法適用于檢測濃度比較高的樣品，離子色譜法設(shè)備價(jià)格昂貴，所以目前檢測機(jī)構(gòu)普遍采用分光光度計(jì)比濁法。該方法儀器設(shè)備經(jīng)濟(jì)，操作簡便，可批量檢測，采用硫酸根與鋇離子生成硫酸鋇渾濁液，且其渾濁程度與硫酸根含量大小成正比的原理。但該方法在實(shí)際操作中，由于各種原因?qū)е聝烧呃L制的標(biāo)準(zhǔn)曲線沒有嚴(yán)格分布在一條直線上，而是有一定的偏離，標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)R2很難達(dá)到0.999。對此現(xiàn)象，其他領(lǐng)域的專家也提出了改進(jìn)措施，如董靜剛等[2]提出改變比色波長和比色皿的寬度及比色時(shí)間以增加線性相關(guān)；王永根[3]、張書海等[4]提出改變混合穩(wěn)定劑使該方法更具可靠性；王勇等[5]提出改變試劑的配制提高該方法的靈敏度，作者也參考了其他規(guī)范的實(shí)驗(yàn)條件如TB 10104—2003《鐵路工程水質(zhì)分析規(guī)程》 11.2比濁法[6]中使用10%的氯化鋇溶液、GB/T 50123—2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》53.6硫酸根的測定[7]中規(guī)定在15 min內(nèi)比色等，在借鑒上述思路基礎(chǔ)上以不改變原方法的優(yōu)點(diǎn)為初衷，確定了以延長靜置時(shí)間、改變氯化鋇形態(tài)（晶體變液態(tài)）及增加混合穩(wěn)定劑量為研究對象，找出更適用于工程勘察類檢測機(jī)構(gòu)易實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)條件，讓該方法更好地服務(wù)于工程勘察行業(yè)。通過研究，發(fā)現(xiàn)環(huán)境對硫酸鹽溶液的吸光度有影響，但無規(guī)律可尋；改變其試劑，混合穩(wěn)定劑的加入量、氯化鋇的形態(tài)（晶體變?yōu)槿芤海┖图尤肼然^攪拌后的靜置時(shí)間，可以提高標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)性。現(xiàn)將研究匯報(bào)如下。

1" 實(shí)驗(yàn)部分

1.1" 試劑、儀器設(shè)備

722N可見分光光度計(jì)（上海儀電分析制造）。

HJ-1電磁攪拌器（鞏義市予華儀器廠制造）。

硫酸鹽標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[ρ（SO42-）=1 000.0 mg/L]（國家有色金屬及電子材料分析測試中心 GSB 04-1773-2004" 22A011-4）。

硫酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液：ρ（SO42-）=100.0 mg/L（吸取10.0 mL硫酸鹽標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，定容至100 mL）。

氯化鋇晶體（優(yōu)級純，上海阿拉丁生化科技制造）。

氯化鋇溶液：稱取20 g氯化鋇晶體溶于500 mL蒸餾水中（此溶液每5 mL含氯化鋇0.2 g）。

混合穩(wěn)定劑：氯化鈉75 g溶于300 mL蒸餾水，加入鹽酸30 mL、甘油50 mL、乙醇100 mL，混合均勻。

比色皿，3 cm。

秒表。

1.2" 實(shí)驗(yàn)步驟

把配置好的溶液倒入燒杯，在燒杯中放入一個(gè)電磁攪拌轉(zhuǎn)子，加入混合穩(wěn)定劑，將燒杯放到電磁攪拌器上，開啟攪拌，加入氯化鋇，秒表開始計(jì)時(shí)。1 min攪拌結(jié)束后倒入比色皿，在分光光度計(jì)420 nm波長處測量吸光度。

1.3" 實(shí)驗(yàn)

1）配置50 mL濃度為20 mg/L的硫酸鹽溶液，在不同環(huán)境下按實(shí)驗(yàn)步驟測量其吸光度，結(jié)果見表1。通過檢測結(jié)果，分析溫度、濕度與吸光度的關(guān)系，如圖1、圖2所示。

2）配置3個(gè)50 mL濃度為20 mg/L的硫酸鹽溶液，同一環(huán)境下，分別用原方法、改變試劑的加入量、改變氯化鋇形態(tài)測量其吸光度，觀察吸光度在不同靜置時(shí)間的變化。結(jié)果見表2，不同方法下，吸光度的大小及變化規(guī)律如圖3所示。

3）分別吸取硫酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液0.0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0和10.0 mL于7個(gè)50 mL單標(biāo)線容量瓶中，用蒸餾水定容至50 mL混合均勻，此時(shí)系列溶液濃度為0.0、2.0、4.0、8.0、12.0、16.0和20.0 mg/L。從第一點(diǎn)開始依次按實(shí)驗(yàn)步驟開始操作測量其吸光度，以標(biāo)準(zhǔn)系列溶液濃度（mg/L）為X軸，吸光度為Y軸，繪制校準(zhǔn)曲線，計(jì)算相關(guān)系數(shù)。以某次同一環(huán)境下原方法與改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)觀察其標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)R2的變化，見表3—表5。

1.4" 回收實(shí)驗(yàn)

用標(biāo)準(zhǔn)溶液分別配制濃度為100 mg/L、2 mg/L的溶液。

加標(biāo)溶液1：吸取100 mg/L的溶液2 mL于50 mL容量瓶中，用濃度為2 mg/L的硫酸鹽溶液定容。

加標(biāo)溶液2：吸取100 mg/L的溶液4 mL于50 mL容量瓶中，用濃度為2 mg/L的硫酸鹽溶液定容。

方法一：原方法，測得的加標(biāo)溶液濃度為：加標(biāo)1=5.61 mg/L，加標(biāo)2=9.32 mg/L。

計(jì)算其回收率：

P1=（5.61-2）/（100×2/（2+48））×100=90.3%，

P2=（9.32-2）/（100×4/（4+46））×100=91.5%。

方法二：增加混合穩(wěn)定劑加入量，測得加標(biāo)水樣濃度為：加標(biāo)1=5.83 mg/L，加標(biāo)2=9.68 mg/L。

計(jì)算其回收率：

P1=（5.83-2）/（100×2/（2+48））×100=95.8%，

P2=（9.68-2）/（100×4/（4+46））×100=96.0%。

方法三：改變氯化鋇形態(tài)，測得的加標(biāo)水樣濃度為：加標(biāo)1=5.94 mg/L，加標(biāo)2=9.81 mg/L。

計(jì)算其回收率：

P1=（5.94-2）/（100*2/（2+48））×100=98.5%，

P2=（9.81-2）/（100*4/（4+46））×100=97.6%。

2" 討論

2.1" 吸光度

1）吸光度隨環(huán)境溫度的變化而變化，無規(guī)律（表1，圖1，圖2）。

2）吸光度隨靜置時(shí)間的增長而增大，達(dá)到峰值后開始下降，而峰值出現(xiàn)的時(shí)間又與硫酸鹽濃度有關(guān)，濃度越大增長速度越快峰值越早出現(xiàn)，反之濃度越低，出現(xiàn)峰值需要的時(shí)間越長（表2，圖3）。

3）氯化鋇溶液代替氯化鋇晶體測得的吸光度能很快達(dá)到峰值并快速下降，而增加混合穩(wěn)定劑的加入量（由2.5 mL增加到5 mL），對吸光度峰值出現(xiàn)的時(shí)間無明顯變化（表2，圖3）。

4）原方法和增加混合穩(wěn)定劑加入量，2種方法在延長靜置時(shí)間情況下測得的吸光度在出現(xiàn)峰值前后（10 min）均能維持相對穩(wěn)定的數(shù)值（見表2）。

2.2" 標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)

1）氯化鋇溶液代替氯化鋇晶體，測得的標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)R2比較理想（見表4）。

2）增加混合穩(wěn)定劑的加入量后靜置時(shí)間在15～25 min測量吸光度，得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性相關(guān)最好（見表5）。

3）原方法延長靜置時(shí)間雖然也可以提高線性相關(guān)系數(shù)，但很難達(dá)到0.999（見表3）。

4）延長靜置時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)會提高，達(dá)到一定時(shí)間，吸光度開始下降后，雖然此時(shí)線性相關(guān)也較好，但其只是一個(gè)假性相關(guān)。原因?yàn)椋簶?biāo)準(zhǔn)系列濃度高的吸光度開始下降時(shí)，低濃度的吸光度還在增長，那么總有一個(gè)時(shí)間點(diǎn)線性相關(guān)系數(shù)R2會達(dá)到0.999。但吸光度下降時(shí)，此時(shí)的氯化鋇渾濁液已經(jīng)發(fā)生陳化。所以不再采用（見表3—表5帶*時(shí)間）。

2.3" 小結(jié)

1）氯化鋇溶液代替氯化鋇晶體，攪拌后立即測量吸光度，繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性相關(guān)系數(shù)滿足要求，回收率較好。

2）增加混合穩(wěn)定劑的加入量且延長靜置時(shí)間（15～25 min）后測量吸光度，繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性相關(guān)系數(shù)滿足要求，回收率較好。

3）吸光度對環(huán)境較敏感，樣品檢測需要與標(biāo)準(zhǔn)曲線同時(shí)在穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行。

4）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)條件后，與原方法相比標(biāo)準(zhǔn)曲線線性相關(guān)提高，R2可達(dá)到0.999，回收率滿足條件，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度提升。與其他方法（滴定法、離子色譜法）相比，在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提下，既給檢測機(jī)構(gòu)降低設(shè)備造價(jià)又可提高工作效率。

3" 結(jié)論

采用改進(jìn)的方式添加試劑、延長靜置時(shí)間可以有效提高硫酸鹽數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為勘察報(bào)告中場地腐蝕性的評價(jià)提供精準(zhǔn)依據(jù)，增強(qiáng)勘察技術(shù)人員對場地的認(rèn)識，提高工程質(zhì)量。具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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