环境监测中pH平均值的计算探讨.pdf

环境监测 环境监测中pH平均值的计算探讨 钟 霖 四川荣县环境监测站 四川 荣县643100 摘要 本文根据pH的定义和水溶液电离平衡理论 探讨了pH平均值的计算方法 通过理论分析和实验验证指出了pH值现行计算方 法的不足 本法对环境监测中酸沉降和水质监测pH数据的正确处理及编报具有现实的意义 关 键 词 pH平均值 环境监测 计算方法 中图分类号 X83013 文献标识码 A 文章编号 100123644 2006 0120058203 Discussion on Calculation of Average pH V alue in Environmental Monitoring ZHONG Lin Rongxian Environmental Monitoring Station Rongxian Sichuan643100 China Abstract Based on the concept of pH and the theoryof ionization equilibriumof aqueous solution a new calculation method for average pH value is developed which overcomes the shortcomings of some conventional methods and also has a practical significance to process and evaluate acid deposition and water monitoring data1 K eywords Average pH value environmental monitoring calculating method 收稿日期 2005205224 作者简介 钟 霖 1965 男 四川荣县人 2005年毕业于四川理工学院材 化系环境工程专业 本科 工程师 荣县环境监测站站长 研究方 向为环境监测 1 前 言 酸沉降监测技术规范 规定 pH是酸沉降监测中 湿沉降监测必测项目之一 在每月的降水监测统计表中 降水pH平均值和酸雨pH平均值是统计编报工作中必须 计算的两个重要指标 地表水和污水监测技术规范 规定 pH是地表水 水质监测必测项目 地下水环境监测技术规范 也把pH 作为必测项目之一 在所有水质监测工作中 统计编报 也要遇到pH平均值的计算问题 2 现有的pH平均值计算方法及其不足 目前 关于pH平均值的计算方法在H J T165 2004 H J T91 2002和H J T164 2004三个新的国家环境保护行 业标准中都没有明确给出 在国家环保局1986年版 环 境监测技术规范 第二册和四川省环境监测中心站2000 年5月 四川省环境监测编报技术规定汇编 中规定 降水pH平均值采用氢离子浓度 H 雨量加权法计算 对于水质监测结果的统计编报 四川省环境监测编报技 术规定汇编 对地表水的统计方法规定pH平均值的计算 方法是求算术平均值 但是 环境监测技术规范 第二册和 四川省环境 监测编报技术规定汇编 给出的计算方法有明显的不足 在酸沉降监测工作中 当降水为酸雨 降水pH偏低 时 采用氢离子浓度 H 雨量加权法计算pH平均值 结果与实际情况吻合 但是当降水的pH值有高有低时 特别是出现pH相差偏大的降水时 实际工作中存在 此 法计算结果就会出现较大误差 偏离实际情况 如pH 6 和pH 8的两次降水 如雨量相同 计算结果pH平均 6130 而等量的pH 6和pH 8的溶液混合 根据酸碱平衡 理论 混合溶液应显中性 即pH平均 7 可见 该方法 有明显局限 庄世坚 1 认为 pH平均值的计算应该直接求各溶液 pH的算术平均值 这和 四川省环境监测编报技术规定 汇编 计算方法相同 尽管这种方法计算的结果有时和 实际情况很接近甚至相同 如上例 pH 6和pH 8 算 术平均值为pH平均 7 但此计算方法也有问题 因为pH 平均值反映的是溶液混合后氢离子浓度的负对数值 它 和各pH的算术平均是不能等同的 实际工作中 用算术 85 四川环境2006年第25卷第1期 平均求出的结果与真实情况多数存在差异 有时的差异 还非常大 吴松恒 2 认为 当 H OH 时 pH log 1 N N1 i 110 pHi N2 i 110 pHi 14 当 H OH 全 混合溶液显酸性 剩余氢离子的 量H 剩 OH 全 OH 全 剩余的氢离子浓度为 H 剩 H 剩 V 其中V Vi 这些剩余的氢离子在混合溶液中将建立起一个新 的水电离平衡 可以理解为在体积为V的纯水中加入 和剩余的氢离子的量H 剩等量的氢离子 水的电离平 衡H2OH OH 将向左移动以达到新的平衡 新 平衡建立后 混合溶液中总的氢离子浓度 H 总由 加入的氢离子浓度 H 剩和水电离产生的氢离子浓 度 H 水组成 即 H 总 H 剩 H 水 此 时混 合 溶 液 中 仍 有 氢 氧 根 离 子 存 在 其 浓 度 为 OH 总 10 14 H 总 混合溶液中的氢氧根离子是由水电 离产生的 而水电离产生的氢离子浓度和氢氧根离子 浓度相等 因此有 H 水 OH 总 10 14 H 总 则 H 总 H 剩 10 14 H 总 H 总 H 剩 H 2剩 4 10 14 2 pH值的平均值pH平均 log H 总 当 H 剩 1 10 6时 3 水电离产生的氢离子的 浓度可忽略 H 总 H 剩 则 pH平均 log H 剩 当H 全 1 10 6 水电离产生的氢氧根离子 的浓度可以忽略 OH 总 OH 剩 则 pH平均 14 log OH 剩 4 实验结果与讨论 411 实 验 取相同体积的已知pH值的水溶液于烧杯中混合 均匀 测定混合溶液的pH值即为这些水溶液pH平均 值 41111 仪器设备 pHS22C型精密酸度计 上海雷磁仪器厂 雷磁 E22012C型pH复合电极 50ml大肚移液管 500ml烧 95 四川环境2006年第25卷第1期 杯 温度计 41112 试剂与样品 校正仪器用的标准缓冲溶液 新煮沸的纯净水 五种不同pH值的水样 41113 操作步骤 预热酸度计30min 并用标准缓冲溶液对仪器进 行校正 同时进行温度补偿校正 每次测定后要用新 煮沸的纯净水充分洗净复合电极并用滤纸吸干 对预先准备的五种水样的pH进行测定 结果分 别为 7115 4152 10198 10160 8164 分别取上述五种水样50100ml于500ml烧杯中混合 均匀 测定其pH值 pH 10130 412 讨 论 上述实验中五种水样的pH值分别为 7115 4152 10198 10160 8164 等体积混合水样的实际测 定值为pH 10130 41211 如果用1986年版 环境监测技术规范 第二 册和 四川省环境监测编报技术规定汇编 中规定的 氢离子浓度 H 雨量 水样体积 加权法计算 pH平均 5122 显然此计算结果不符合实际情况 41212 如果用算术平均法计算 pH平均 8138 算术 平均法的计算结果与实际测定值相差近2个pH单位 也不能反映实际情况 41213 运用本法 H 全 31027263824 10 5 OH 全 113576065 10 3 溶液混合中和抵消后有OH 剩余 OH 剩 21654667724 10 4 1 10 6 pH平均 14 log OH 剩 10142 该计算结果和实测值非常接近 反映了实际情况 41214 对于溶液pH 7的pH平均值的计算 运用本 方法即能得出正确结果 以6180和7130为例 H 全 21086080426 10 7 OH 全 21626219659 10 7 OH 剩 21700696167 10 8 1 10 6 OH 总 11144110821 10 7 pH平均 14 log OH 总 7106 计算结果符合实际 41215 前面pH 6和pH 8求pH平均的例子 用本方 法计算 H 全 10 6 10 8 OH 全 106 14 108 14 10 8 10 6 H 全 OH 全 混合溶液显中性 pH平均 7 计算结果和实际情况相符 参考文献 1 庄世坚 1 关于pH平均值的正确算法 J 1 中国环境监测 1990 6 4 552561 2 吴松恒 1pH值单项评价指数的探讨 J 1 中国环境监测 1991 7 1 622631 3 张锡辉 1 无机化学学习指导 M 1 南京 南京大学出版社 19851891 上接第54页 3 GJ Wall A W Bos A H Marshall 许晓鸿译 1 安大略流域磷与悬移 质泥沙的关系研究 J 1水土保持科技情报 1998 2 222241 4 李任伟 李 禾 等 1 黄河三角洲沉积物重金属 氮和磷污染研究 J 1沉积学报 2001 19 4 62226281 5 刘 敏 侯立军 许世远 等 1 河口滨岸带沉积物 水界面N P的 扩散通量 J 1海洋环境科学 2001 20 3 192231 6 傅庆红 蒋 新 1 湖泊沉积物中磷的形态分析及其释放研究 J 1 四川环境 1994 13 4 212241 7 HY003291 海洋监测规范 S 1 8 Chang S C M L Jackson1Fractionation of soil phosphorus J 1Soil Sci1 1957 84 13321441 9 许金树 李亮歌 1 台湾海峡中 北部沉积物中磷的存在形态 J 1海 洋与湖沼 1990 21 1 622691 10 林荣根 吴景阳 1 黄河口沉积物中无机磷酸盐的存在形态 J 1海 洋与湖沼 1992 23 4 38723951 11 佩 奇 等 1 土壤分析法 M 1北京 中国农业科技出版社 19911 12 中国土壤学会农业化学专业委员会 1 土壤农业化学常规分析方法 M 1北京 科学出版社 1989110421081 13 于天仁 1 土壤中发生的化学过程 M 1北京 科学出版社 19901 14 Hisashi Y AMADA Mitsu K AY AMA1Distribution and dissolution of several forms of phosphorus in coastal marine sediments J 1Oceanol1Acta 1987 10 3 31123211 15 Williama J D et al1Availability to Scenedesmus quadricauda of different forms