标准溶液直读法标定电导电极常数的探讨

2010-09-13王爱民肖合伟张金英

环境影响评价 2010年5期

关键词：测定法读法电导

王爱民,肖合伟,张金英

(东明县环境监测站,山东东明274500)

标准溶液直读法标定电导电极常数的探讨

王爱民,肖合伟,张金英

(东明县环境监测站,山东东明274500)

目前电导率测定在实验室是一个十分普遍而重要的方法,标定电极常数的方法有直接测定法和比较测定法。在直接测定法的基础上,针对现代数显电导仪的特点,设计了标准溶液直读法标定电极常数,绕过了标定过程中需要测定电导 G(电阻)的步骤。该方法直观易懂,操作简单,不需要计算,省时省力,适用于所有需要调节并能读出该电极常数的电导率仪。

电导电极;电极常数;标准溶液直读法

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

目前电导率测定在实验室是一个十分普遍而重要的方法,广泛使用于大专院校、医院、环保及各工业企业检测液体、纯水或高纯水及工业产品。电导电极常数的准确性直接关系到对被检测对象的判定。目前测定电极常数的方法主要有直接测定法和比较测定法。直接测定法也叫标准溶液标定法,也有叫参比溶液测定法的[1]。测定的过程是利用一个已知电导率的 KCl标准溶液,测得与电导电极对应的电极溶液的电导值 G(或者电阻值),然后根据公式来计算出电极常数值[2],整个过程比较复杂。针对现代数显电导仪的特点,我们对标准溶液测定法进行了改进,设计了一种标准溶液直读法标定电极常数,在标准溶液中慢慢调整电极常数,使仪器显示的数值和这时其理论值一致,就可以直接读取该常数,绕过了标定过程中需要测定电导 G(电阻)的步骤。该方法直观易懂,实用性强,操作方便简单,不需要计算,重复性好,省时省力,适用于所有需要输入并能准确读出该电极常数的电导率仪。

1 方法原理

电导电极常数也叫电导池常数是电极的距离与电极面积之比,与溶液的电导率存在如下关系:

式中:K—溶液的电导率(μS/cm);

G—溶液的电导(μS);

J—电导池常数(cm-1)。

在一定条件下溶液的电导 G、电导率 K都是定值,测定溶液的电导率时,仪器显示的值以 K示值表示,电极常数则是一个需要输入的量,我们不妨以下式表示:

在测定中慢慢调整仪器的电极常数器,当仪器的显示值 K示值正好是溶液的电导率 K时,上面(1)式和(2)式相除得:

说明在仪器显示的数值正好是这时溶液的标准电导率时,调整的电极常数也正好是电极的实际电极常数。此式中只有J和 K的关系,这就将电极常数、电导和电导率3者的关系转化为电极常数和电导率2者的关系。这就将用公式计算的问题转化成单纯仪器调整测量读数的问题。这就是标准溶液直读法的理论基础。

2 验证方案

2.1 仪器

(1)电导率仪

用上海盛磁仪器有限公司生产的DDS-11A电导率仪和浙江萧山市伊士曼仪器公司生产的DDS-12A型电导率仪。

(2)电子恒温水浴锅(准确到±0.1℃)

(3)水银温度计(经过检定合格,能读到0.1℃)

(4)100 m L小烧杯

(5)各配套电极

2.2 试剂

(1)纯水(电导率小于0.5μS/cm);

(2)氯化钾(优级纯),也可以用生产电导仪的生产厂家或者国家标物中心统一制售的电导率标准样品。

2.3 标定过程

(1)配制校准溶液,注意要将 KCl在110℃烘箱中烘2～4 h后再配制。溶液的浓度及理论电导率值见文献表12-25[3](仪器说明书后面的或其他公认数据也可采用)。这里由于称量的方便以及准确度的需要建议使用浓度为0.010 0 mol/L的,当需要浓度更低的 KCl标准溶液时,可以由此溶液稀释得到。将烧杯用所配溶液充分洗净,备用。

(2)清洗电极为确保测量精度,电极使用前应用纯水冲洗2～3次,甩干或用滤纸吸干。测量时用被测标准溶液冲洗2～3次。

(3)在电子恒温水浴锅中加入适量水(以高出孔板3～6 cm为好),将温度固定在文献表中的任意一个温度(可根据室温而定,没有这点的数值时可以用公式近似求得),如 25℃,控制溶液温度为 25±0.1℃。将盛标准溶液的烧杯放入其中慢慢摇动,使溶液充分恒温。

(4)进行标定以DDS-11A型电导仪为例(这款电导仪的特点是能够从液晶屏幕直接读出电导常数):①按照仪器说明书进行操作,打开电源开关,仪器进入测量状态,电极常数不要输入;②设定溶液温度补偿系数一般为2.0%,将温度设置为表中溶液的实际温度;③仪器在测量状态下,将清洗过的电极浸入标准溶液中,等数值稳定后与这时溶液的标准电导率比较,如果不一致就调节电极常数,直到使仪器显示的电导率值和标准值一致。这时按“电极常数”键查看电极常数,则显示的该数值即为该电导电极常数实际值,换同一标准溶液2次继续测定2次,可以测3次平均值作为电极的电极常数。

用DDS-12A型电导仪测定电导常数的操作步骤基本相同。不同的是其电极常数在LED屏幕上显示不出来,只能从常数调节器上读出来,最后可估读1位有效数字。要注意的事项有:①按照说明书要进行低周调零和电容调零;②将仪器温度补偿旋钮置于25℃,使温度补偿不起作用;③旋动电导常数调节旋钮,置于合适的位置,使LED屏幕显示当时温度下的标准电导率,读取此时电导常数调节旋钮的值加上默认的起始值0.50即为则此电导电极的常数(如果DJS-10型的电极则上述数值乘10即为该电极的常数)。

为了考察该方法的可比性和适应性,我们对本站的2台电导率仪分别用标准溶液直读法进行了电极常数标定,然后用传统的标准溶液法再进行标定,并作了比较。条件是用2种浓度的 KCl标准溶液在25℃时对同1个电导电极分别测定3次,分别测定其电极常数,然后取平均值做比较。为了考查方法的重复性,还对直读法的重复性指标(标准偏差)作了计算。结果汇总见表1。

表1 标准直读法和标准溶液法的比较

3 例证

2009年9月我站在对电导率标准样品测试中按厂家给定的电极常数0.893测试时结果为181.4μS/cm,不在允许范围内。在使用浓度为0.010 0 M的KCl标准溶液标定电极常数时,将电极常数调整为1.005后,测定25℃时该标准溶液的电导率为1 413 μS/cm,和其标准值一致。用0.001 0 mol/L的标准溶液标定电极常数时电极常数为1.004。我们采用平均值1.004作为该电导的常数。之后再对该电导率标准样品进行测量时结果显示为198.3μS/cm,和其真值198μS/cm相比误差仅0.15%,在允许范围之内。在市站对我站进行的电导率标样考试中用我们标定的电极常数其测定值为4.56μS/cm,结果完全在测定范围之内。

大量的研究事实证明:不进行电极常数标定,直接采用电极生产厂家给定的电极常数进行测量测得数据可能严重偏离真实值,造成数据不合格,从而造成对事实的误判。对于同一个电导电极在不同的电导率仪上使用,测得的电极常数可能也会有较大差别,这就是为什么新电极要重新标定的原因,而且在使用了一段时间后电极也要经常标定。