专利名称：一种基于离子浓度的海水淡化液盐含量的精确测试方法及其专用设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于离子浓度的海水淡化液盐含量的精确测试方法及其专用设备。
背景技术：
水资源正在变成一种宝贵的稀缺资源，水资源问题已不仅仅是资源问题，更成为关系到国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。水已成为许多国家在能源危机之后的另一场危机。在这种形势下，海水淡化日益受到人们的重视。海水淡化即利用海水脱盐生产淡水，作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。如何精确测量海水前后的盐浓度是海水淡化过程重要的技术环节。精确测量海水前后的盐浓度可以通过测定海水中某一离子如钠离子浓度的变化情况来获得，那么如何精确测定海水中的钠离子含量是本技术的关键。离子选择电极是分析溶液中离子的活度或浓度的一种新的分析工具，是过去几十年来发展最迅速的分析技术之一。目前通过离子选择性电极测量电池电动势直接求出待测物含量的方法主要有直接比较法、标准加入法和标准曲线法三种。而目前应用最多的是标准曲线法，但其缺点是它是一种经验做法，没考虑活度系数的修正，仅适于低浓度、小范围的浓度测定。针对以上情况，本发明提出一种基于离子浓度的海水原水及淡化产物(以下简称海水淡化液)盐浓度的精确测试方法及其专用设备。该方法考虑了活度系数的修正，提高了测量的精度和适用范围，从而可以得出标准电势E°和斜率S值，由简化的Pitzer方程 (不考虑交互参数)计算得到水中NaCl的活度系数，由此根据Nernst方程推导出海水淡化液钠离子浓度与海水淡化液中NaCl的电动势之间的函数关系式。因此，在实际应用中，根据上述函数关系式，由测得的海水淡化液中NaCl的电动势就可以直接得出海水淡化液中钠离子浓度。该方法不仅仅适用于低浓度、小范围的浓度测定，而且同时适合于大范围的海水淡化效果精确测定，并且精确度更高，又无需在线性范围内，无需添加标准缓冲溶液。因此，是现有技术的升级版。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于离子浓度的海水淡化液盐含量的精确测试方法及其专用设备，它可以通过测定海水中NaCl电动势直接得出海水中的钠离子浓度，以此来确定海水淡化液中的盐含量。为实现上述目标，本发明的技术方案如下一种基于离子浓度的海水淡化液盐含量的精确测试方法，它是由测量部分-校正部分-传输部分-控制部分-显示部分五个部分构成，测定原理如
图1，其步骤如下(1)为了提高钠离子玻璃电极E2和氯离子选择性电极El的稳定性，实验前必须进行预处理，钠离子玻璃电极E2在浓度为10_4mol/LNaCl溶液中浸泡2小时，氯离子选择性电极El在浓度为10_3mol/LNaCl溶液中浸泡1小时，(2)选择氯离子选择性电极El和钠离子玻璃电极E2两种指示电极分别做正负极， 与本发明仪器Ii (除测量部分外的其他部分，下同)连接构成原电池，温度传感器Tl与本发明仪器Ii相应的接口连接，用于测定待测液的温度，待测液放入恒温水浴装置Wi中，用于保持温度为25°c不变，(3) 一系列不同离子强度的标准溶液(NaCl溶液)作为校正液，放入恒温水浴装置中，通过测量系统得到一系列NaCl溶液中活度与电动势的关系，再通过Pitzer方程计算得到的活度系数的修正，由Nernst方程得出浓度与电动势之间的关系，通过校正系统进行校正，得出标准电势E°和斜率S的值，斜率S和Nernst方程中的理论斜率的相对误差不能超过1.5%，否则进行电极更换，(4)将校正得到的标准电势E°和斜率S的值通过传输部分传输到本发明仪器Il 控制部分，和简化的Pitzer方程计算得到的海水中NaCl活度系数的修正两者的结合，由 Nernst方程从理论上得出海水淡化液中钠离子浓度与海水淡化液中NaCl的电动势之间的函数关系式，(5)实际应用中，只需要以氯离子选择性电极和钠离子玻璃电极两种指示电极分别做正负极，将其连接构成原电池，通过测量部分测定未知浓度的海水淡化液中NaCl的电动势，代入上述的函数关系式，在本发明仪器Il显示部分直接显示海水淡化液中的钠离子浓度，即可直接得到海水淡化液中的钠离子浓度。上述一种基于离子浓度的海水淡化液盐含量的精确测试方法，所述的NaCl溶液活度系数计算方法选择的是单一电解质溶液平均离子活度系数计算方法一Pitzer方程。用已知钠离子浓度c的NaCl溶液和Pitzer方程计算得到此时的活度系数，回归得到NaCl溶液活度系数与浓度c的关系为Igy ±NaC1 = -0. 5108XC0·7(1+1. 350Xc0'5) +0. 0437Xc-O. 0094Xe1·5(1)根据公式⑴可得到不同钠离子浓度c时NaCl溶液的活度系数。此外，所述的校正部分采用25°C NaCl溶液作为校正液，以钠离子玻璃电极和氯离子选择性电极作为正负极，电池如下Na-ISE I NaCl，H2OlCl-ISE相应的电动势E可以表达为E = E°+2Slg(c y ±NaC1)，S为E Igc的斜率，可以回归得出。当离子选择性电极来确定电解质溶液活度系数时，必须要比较S与Nernst方程中推导的理论斜率，本文中，E0和S都是调节的参数，应用最小二乘法确定下式的最小值来确定0和S的值。
权利要求
1.一种基于离子浓度的海水淡化液盐含量的精确测试方法，它是由测量部分-校正部分-传输部分-控制部分-显示部分五个部分构成，其特征是它包括以下步骤(1)为了提高钠离子玻璃电极E2和氯离子选择性电极El的稳定性，实验前必须进行预处理，钠离子玻璃电极E2在浓度为10_4mol/LNaCl溶液中浸泡2小时，氯离子选择性电极 El在浓度为10_3mol/LNaCl溶液中浸泡1小时；(2)选择氯离子选择性电极El和钠离子玻璃电极E2两种指示电极分别做正负极，与本发明仪器Il连接构成原电池；温度传感器Tl与本发明仪器Il相应的接口连接，用于测定待测液的温度，待测液放入恒温水浴装置Wl中，用于保持温度为25°C不变；(3)一系列不同离子强度的NaCl标准溶液作为校正液，放入恒温水浴装置中，通过测量系统得到一系列NaCl溶液中活度与电动势的关系，再通过Pitzer方程计算得到的活度系数的修正，由Nernst方程得出浓度与电动势之间的关系，通过校正系统进行校正，得出标准电势E°和斜率S的值，斜率S和Nernst方程中的理论斜率的相对误差不能超过1.5%， 否则进行电极更换；(4)将校正得到的标准电势E°和斜率S的值通过传输部分传输到本发明仪器Il控制部分，和简化的Pitzer方程计算得到的海水中NaCl活度系数的修正两者的结合，由Nernst 方程从理论上得出海水淡化液中钠离子浓度与海水淡化液中NaCl的电动势之间的函数关系式；(5)实际应用中，只需要以氯离子选择性电极和钠离子玻璃电极两种指示电极分别做正负极，将其连接构成原电池，通过测量部分测定未知浓度的海水淡化液中NaCl的电动势，代入上述的函数关系式，在本发明仪器Il的显示部分直接显示海水淡化液中的钠离子浓度，即可直接得到海水淡化液中的钠离子浓度。
2.根据权利要求1所述的海水淡化液盐含量的精确测试方法，其特征是=NaCl溶液活度系数计算方法选择的是单一电解质溶液平均离子活度系数计算方法-Pitzer方程，用已知钠离子浓度c的NaCl溶液和Pitzer方程计算得到此时的活度系数，回归得到NaCl溶液活度系数与浓度c的关系为Ig Y ±Naci = "O. 5108XC0·7(1+1. 350XC0'5) +0. 0437Xc-O. 0094Xe1·5(1)根据公式(1)可得到不同钠离子浓度c时NaCl溶液的活度系数。
3.根据权利要求1所述的海水淡化液盐含量的精确测试方法，其特征是所述的校正系统采用25°C NaCl溶液作为校正液，以钠离子玻璃电极和氯离子选择性电极作为正负极， 电池如下
4.根据权利要求1所述的海水淡化液盐含量的精确测试方法，其特征是所述的 Nernst方程，对于NaCl溶液为E = E°+Slg(c (Na+) c (CF) ( y ±NaC1)2)，而对于海水及淡化产物为 Esw = E°+Slg(c (Na+) swc (CF)sw ( y sw±NaC1)2)。
5.根据权利要求1所述的海水淡化液盐含量的精确测试方法，其特征是所述的利用简化的Pitzer方程得到的海水淡化液中NaCl活度系数与钠离子浓度关系为Ig Ysw±Naa =-0. 63173Xc0 5/(1+1. 872915Xc°·5) +0. 011514Xc+0. 023415Xc1·5，式中 c 表示钠离子浓度。
6.根据权利要求1所述的海水淡化液盐含量的精确测试方法，其特征是所述的由 Nernst方程从理论上得出海水淡化液中钠离子浓度与海水淡化液中NaCl的电动势之间的函数关系式为
7.权利要求1所述的海水淡化液盐含量的精确测试方法的专用设备，特征是它是改进的对离子计，增加了校正部分、传输部分和控制部分，其中增加的A部分，其实现放大电路，把电信号放大(-V1 V2)，电压偏置电路(0 Vl+V2)；增加的B部分为信号电压调理电路，以满足A/D电压要求；增加的C部分为MegaUS单片机，其中IXD LM12864为显示器；键盘为4X4系列的，包括0 9、小数点、回车和M” M2两个功能块；A/D模块为数模转换，把电模拟信号转化为数字信号，程序为回归方程及控制程序单片机内有EEprom存储单元，可存储仏和S,实验测定时，按M1为第一步，此时开关K1和K3分别和1和2位置相连，此时和原有的离子计电路形成通路，电极插入作为校正液25°C NaCl溶液中，由测量信号和单片机程序计算得到仏和S，输出到MegaU8单片机保存并在IXDLM12864显示器上显示，其程序如下若结果大于误差范围，换电极进行测量；若正常，进入第二步，按M2为第二步，此时开关 K1和K2分别和1和2位置相连，电极插入海水中进行测量，测得电动势后由程序计算得到海水中Na+浓度c并直接由IXD LM12864显示器显示，其程序如下电极插入未知钠离子浓度C梅水, 测得电动势为P…
全文摘要
一种基于离子浓度的海水淡化液盐含量的精确测试方法及其专用设备。该方法考虑了活度系数的修正，提高了测量的精度和适用范围。通过校正可以得出标准电势E0和斜率S值，由此根据Nernst方程推导出海水淡化液中钠离子浓度与海水淡化液中NaCl的电动势之间的函数关系式。使用时只需要以氯离子选择性电极和钠离子玻璃电极两种指示电极分别做正负极，与本发明仪器连接构成原电池，测定未知浓度的海水淡化液的电动势，代入上述的函数关系式，显示仪器将会直接显示海水淡化液中的钠离子的精确浓度。该方法不仅适用于低浓度、小范围的浓度测定，而且也适合于较高盐浓度的海水淡化液的盐含量的精确测定，并且精确度比现有方法更高，又无需在线性范围内，无需添加标准缓冲溶液。
文档编号G01N27/413GK102520043SQ20111044053
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者周政, 张志炳, 戴月, 武法文, 钱红亮 申请人:南京大学