電位滴定法在循環水水質檢測中的應用

周 柳，閻振興，嚴嘉理，張 濤

（珠海醋酸纖維有限公司，廣東 珠海 519000）

隨著我國工業的蓬勃發展，工業用水量不斷攀升，其中工業循環水約占工業用水量的70%～80%[1]，循環水節約了大量的水資源，但也伴隨著管道的腐蝕、結垢等問題，工業上常通過加入阻垢緩蝕的藥劑來緩解此問題，補充的藥劑含量一般由循環水水質及運行時的藥劑濃度確定，掌握循環水的水質是確保其正常運行的基礎。循環水水質常見檢測指標包括pH 值、總堿度、氯離子含量、總硬度及濁度等。

隨著時代的快速發展，實驗室需滿足循環水各類指標快速準確的檢測需求。以往各類指標逐項檢測、傳統的手工滴定方法難以滿足水質快速的檢測需要，而電位滴定法較傳統的手工滴定具有靈敏度高、精確度高、自動化程度高等優點，其原理是依據能斯特方程，滴定過程中指示電極電位會隨被測物質濃度變化而變化，而參比電極的電位始終恒定，可根據達到滴定終點前指示電極電位的急劇變化自動判斷滴定終點。采用電位滴定法進行循環水水質分析，可以實現同一杯樣品中連續測定循環水不同的檢測項目，還可以全自動完成滴定過程，自動報告檢測結果，使整個實驗過程具有可追溯性。

本文利用卡氏萬通905 型自動電位滴定儀，開發了一種循環水水質pH 值、總堿度、氯離子含量、總硬度四大檢測項目一站式檢測方法，可自動測量被測體系電位的變化突越，更快速和精確地找到滴定終點，并自動計算和統計結果，便于及時、準確地了解水質狀況，提高循環水水質檢測的質量和效率，確保生產穩定運行。

1 檢測項目

1.1 pH 值及總堿度的測定

酸堿度描述的是水溶液的酸堿性強弱程度，用符號pH 來表示，其定義為pH=-lg[H+]，pH 值是常規且最重要的水質參數之一，pH=7 的水溶液呈中性，pH＜7則顯酸性，pH＞7 則顯堿性。實際生產過程中，需準確測量循環水水樣的pH 值，便于及時調整與控制加藥量。pH 值常用pH 電極測得，玻璃電極是目前pH 電極中使用最為廣泛的電極，其原理是電極上的敏感膜與H+進行離子交換形成電位差，通過電位差算出其對應的pH值，具有操作簡單，響應快速，測試準確等優點。

循環水水樣中通常含有一定量的堿性陰離子，如碳酸根和氫氧根，將水質控制在一定的堿度范圍，可以抑制水中的硅酸鹽水解。當pH 過低時，呈現酸性，金屬表面的保護膜破壞，高溫下水對金屬的腐蝕加劇；當pH 過高，容易引起堿性腐蝕和應力腐蝕，故循環水的pH 值有特定的控制要求。用鹽酸滴定樣品pH 值至4.3，可計算出循環水的總堿度。

利用卡氏萬通905 型自動電位滴定儀，選擇復合pH 玻璃電極指示體系中的pH 值，儀器自動加入鹽酸滴定劑，滴定至pH 值4.3，計算出循環水的pH 及總堿度。

1.2 氯離子含量的測定

在循環水系統中，氯離子的存在可能源自多個方面，包括水源中的氯化物、水處理劑的使用以及循環水中的回收和循環過程。氯離子具有腐蝕性，氯離子的過高濃度可能對循環水系統的穩定性和運行效果產生負面影響。當其濃度持續高于1000mg/L 時，氯離子會穿透管道表面的膜層，加速腐蝕而損壞管道，增加裝置的維護費用，甚至影響循環水系統的安全穩定生產[2]，準確檢測循環水中的氯離子含量對循環水系統的穩定性和運行效果具有重要意義。

氯離子的含量通常采用硝酸銀滴定法進行檢測，采用傳統的硝酸銀滴定法時，白色的氯化銀沉淀對肉眼判斷滴定終點造成很大干擾，實驗結果依賴于操作人員的程度較大，測定結果不穩定。相比之下，電位滴定法有明顯優勢，測試過程中無需添加具有一定毒性的鉻酸鉀類指示劑，而是直接利用其電位突躍的最大值判定其滴定終點[3]，該方法不受水質本身顏色、濁度的影響，同時可避免人為因素判斷滴定終點時造成的誤差，檢測過程的準確性和精密度均很高。

利用卡氏萬通905 型自動電位滴定儀，選擇復合銀環電極指示電位突躍的最大值判定其滴定終點，硝酸調節體系的pH 值至3-5,用AgNO3滴定至終點，計算出循環水的氯離子含量。

1.3 總硬度的測定

總硬度是否符合標準是水質檢測的一個重要參考數據，它主要反映的是水中鈣鎂離子的含量。水質總硬度超標是形成水垢的主要因素，鈣鎂離子會與水中的陰離子結合生成水垢，不僅會降低管道的換熱效率，而且會造成管道腐蝕[4]。通過準確地測定水質總硬度，及時采取合適的水質調整措施，可有效避免水垢的形成，從而減少設備的維修和清洗次數，降低能耗和運行成本。

總硬度通常采用EDTA 絡合法進行檢測，EDTA 絡合法具有檢測范圍廣、操作方便、成本低等優點，可滿足實際生產過程中大量、快速檢測水質總硬度的檢測需求。在pH=10 的條件下，使用乙二胺四乙酸二鈉鹽（Na2EDTA）作為滴定劑，根據達到滴定終點時所消耗的標準溶液用量，從而計算出所測水質的總硬度。

利用卡氏萬通905 型自動電位滴定儀，選擇Ca 離子選擇性電極和Ag/AgCl 參比電極指示電位突躍的最大值判定其滴定終點（Ca 離子選擇性電極指示的第二個突躍點作為滴定終點，第一個滴定突躍點對應鈣離子，第二個滴定突躍點對應鈣鎂離子的總和），計算出循環水的總硬度。[5]

2 自動電位滴定儀多步驟滴定方法

取一定量的水樣于燒杯中，將燒杯置于卡氏萬通905 型自動電位滴定儀樣品盤上，首先測定起始水質pH 值，然后自動加入HCL 溶液滴定至pH4.3,消耗體積計算水質的總堿度；接著自動加入AgNO3溶液滴定至第一個滴定突躍點，根據消耗體積計算水質的氯離子含量；再自動加入氨水緩沖液，用EDTA 溶液滴定至最后一個終點，根據消耗體積計算水質的硬度，將以上循環水水質pH 值、總堿度、氯離子含量、總硬度四大檢測對應電極、試劑等及編輯好的檢測程序集成同一測試項目，可實現在同一樣品中連續測定循環水中的四個檢測項目，可自動測量被測體系電位的變化突越，更快速和精確地找到滴定終點，并自動計算和統計結果。利用自動電位滴定儀連續測定循環水水質同一樣品中pH 值、總堿度、氯離子含量、總硬度四大檢測項目的原理如圖1。

圖1 自動電位滴定儀連續測定循環水水質原理

3 結果對比

原方法為準備4 個水樣，分別利用EDTA 溶液對水樣手工滴定測試硬度、鹽酸對水樣手工滴定測試總堿度、AgNO3溶液對水樣手工滴定測試氯離子含量、pH 計測試水樣pH，手工滴定步驟繁瑣且耗時，人為判定滴定終點誤差較大，本文利用卡氏萬通905 型自動電位滴定儀建立連續測定循環水水樣的檢測方法，分別利用自動電位滴定儀和傳統的手工滴定法對配置的標準溶液的pH 值、總堿度、氯離子含量、總硬度進行準確性分析和效率對比，結果如表1。

表1 自動電位滴定儀和傳統手工滴定法的準確性分析

由此對比可以看出，使用自動電位滴定儀后較之前的手工滴定測試結果準確性及穩定性均更好，同時將以往各類指標逐項檢測，費時費力的傳統手工滴定方法優化為同一杯樣品中自動快速測量多個檢測項目，測量時間由半小時以上縮短為十分鐘以內，檢測時間減少70%左右，極大地提高了測量效率。

4 結論

本文利用卡氏萬通905 型自動電位滴定儀，開發了一種循環水水質pH 值、總堿度、氯離子含量、總硬度四大檢測項目一站式檢測方法，測試結果準確性及穩定性均更好，將傳統手工滴定方法優化為同一杯樣品中自動快速測量多個檢測項目，縮短了測量時間，提高了測量效率。