酸雨监测数据质量保证方法的探析

徐啟元，张宗笛，胡 倩，李 阳，杨春艳

1.兴义市气象局，贵州兴义 562400；2.黔西南州气象局，贵州黔西南 562400

近年来，随着人类活动的加剧，各地的降雨酸化问题变得愈加突出，既损害了公众的健康安全，又严重影响了农业的正常发展。酸雨是一种特殊的降水类型，其特征是pH值低于5.6，表现出强烈的酸性特征。酸雨已成为当今世界面临的最严重的环境危机之一。通过对酸雨进行监测，为有关研究人员提供更加全面的信息，从而大大提高环境保护的效率和质量。随着我国政府的大力支持和鼓励，酸雨监测数据已成为重要的气象参考资料。然而，受多种因素的影响，酸雨监测结果存在一定的偏差，因此应用科学、合理的酸雨监测技术，制定有效的质量改进措施，能大大提高酸雨监测的准确性和可靠性，从而更好地保证酸雨监测工作的高效推进。

1 酸雨的危害

根据酸雨基本特征分析，酸雨也被称为酸性沉淀。酸雨一般指的是酸度低于5.6的大气降水，其典型表现形式可能伴有浓雾、暴雨和冰雹等。由于酸雨具有携带微小或气态污染物的特性，这些污染物会随着雨水一起飘散到周围环境。当空气恢复至干燥状态时，这些颗粒物将会迅速扩散至地表，从而造成严重的酸性污染。随着当今环境污染的不断加剧，相关部门越来越重视酸雨污染问题。从本质上来看，酸雨的产生是大量的酸性气体和其他颗粒物被人类无意识地排放到大气层中而导致的。[1]

目前，造成酸雨的主要原因是汽车尾气、煤炭燃烧和其他污染物的排放，这些都导致了硫酸雨和其他类型酸雨的频率增加。随着季节的变化，酸雨的危害性也会发生变化，从而导致不同时期的酸雨表现出不同的外在特征。对于那些受到严重污染的城市来说，由于大量云层在城市上方出现，使得太阳辐射和光照时间大幅度缩短。随着酸雨的出现，受波及地区的农作物生长将会受到影响，土壤pH值越来越低，并伴随其他不利的后果。除了造成严重的环境污染，酸雨还可能破坏城市中的艺术品和其他建筑，并且给当地的森林造成巨大的破坏(图1)。

近年来，气象观测技术取得了长足的进步。因此，当需要对酸雨进行预报和监测时，专业技术人员可以运用各种不同的方法，全面监控和分析整个酸雨过程。若能够提高监测质量，就可以避免产生各种类型的酸雨观测误差，从而为当前城市大气污染问题的解决提供重要的参考依据。通过全面的酸雨监测，气象部门可以提供定量数据，从而更好地采取酸雨防治措施。当前，为了应对酸雨的威胁，各地气象部门正努力采取有效的监测措施，以便实施全面的酸雨管控。

2 酸雨观测的要点

2.1 采样

2.1.1 采样准备确保酸雨样品的准确性是至关重要的。通过使用专门的采样桶，可以有效地收集酸雨样本，这是目前应用最广泛的方法之一。

为了获得准确的样本，须要先准备一个采样桶，必须确保采样桶洁净度达到标准要求，并且在必要时进行彻底的清洗。若采样桶的保存时间不低于30 d，则在重新使用之前，应该用清水(配合适量的洗涤剂)清洗采样桶，并用纯水进行2～3次涤荡，去除残留的纯水后才能正常使用。

在使用采样桶之前，需确保工作人员已完成手部清洁工作，然后从密封的塑料袋中拿出采样桶，使用大约200 mL的纯水涤荡1～2次，倒掉剩下的纯水，并盖上桶盖，最后运往室外使用。

实践表明，由于某些观测人员未能全面清洗采样桶或使用不干净的清洁水源，导致酸雨采样的准确性和时效性受到严重影响。

2.1.2 采样步骤工作人员需要事先将采样桶安装好并固定在采样架上，当降雨来临时，应立即打开采样桶。在1个降水采样日期间，只对1次持续的降雨量进行1次取样。在1个降水日内，若出现多次降雨，则需要进行多次采样，以便组合这些数据，形成完整的样本。在连续几天的降水过程中，需要根据采样日期加以处理。在雨停后，立即封闭采样桶，并将其送至实验室。同时，必须在指定的时间段收集酸雨样品，监测人员必须在指定的时间段开展酸雨采样桶的收取工作。主要是因为实时的酸雨采样处理对观察整个酸雨过程至关重要，而且每种酸雨的样本浓度也存在差异。若未能及时收取采样桶，将会严重影响后续酸雨采样的准确性和效率。气象部门工作者必须严格按照规定的流程收集和安置采样桶，并且指派专人负责监督这几项工作。

2.2 配置缓冲液

第一，根据酸雨监测规定，必须精确配置标准缓冲溶液，确保其质量和稳定性。操作者需要打开包装，将药品放进250 mL规格的容量瓶。用少量的纯水清洗包装里层，然后将其置于容量瓶(重复3～4次)。将一定量的蒸馏水倒入容器，并在其接近刻度线时使用滴管逐渐添加，完成添加蒸馏水步骤后，确保拧紧瓶塞。操作者需要拿起容量瓶，一只手撑住底部，一只手握住瓶塞部，并进行倒置处理，重复5～10次，确保里面的蒸馏水和化学试剂能够完全混合在一起。在配置完成后，须在瓶身贴上标签，并记录名称、配置日期、操作人员姓名等内容。

第二，所用药品必须符合生产标准，并且包装完整，标识明确；在配置2种缓冲溶液的过程中，必须确保所有的玻璃棒和烧杯都经过彻底的清洁和消毒；使用纯水彻底冲洗包装袋中的残留物，保证试剂用量的精确性；在配置过程中，应注意避免洒漏。

第三，在配置标准缓冲溶液时，必须严格遵守相关的技术要求，并确保其储存期限在3个月以内，同时禁止重复使用。如果在溶液中检测到沉淀物，须立刻停止使用，产生沉淀现象的原因主要有以下2个：一是标准溶液已过期，二是配制的蒸馏水质量不合格。

2.3 平衡降水样品温度

标准缓冲液的温度与待测水样的温度必须保持一致，偏差不得超过±2 ℃。夏季，由于温度偏高，样本的温度通常在20 ℃左右，但是标准缓冲溶液通常需要予以冷冻保存(4～10 ℃)。为了迅速达到理想的温度平衡效果，建议先将标准缓冲溶液试剂瓶从冰箱中取出将其放入室内，最好静置2 h或更长的时间。冬季，为了保持温度平衡，建议将少量的水倒入一个容器，并将标准缓冲溶液试剂瓶与装有降水样本的烧杯放置其中。为了有效地处理固态降水样本的温度平衡问题，可在试样所在采样桶中添加略高于室温的水，能够有效促进降水的溶解，从而大大缩短达到温度平衡所需的时间。

2.4 使用pH计

2.4.1 校准在pH计校准的过程中，必须精确控制标准溶液的温度，并将它们调整至指定的参数，确保校准过程的精确性，直至无需再次操作“定位”和“斜率”的旋钮(图2)。为了确保仪器的校准精度，在完成样品测量后，应将蒸馏水的pH值与样品结果进行比较，如果发现两者存在显著的差异，则应分析仪器是否存在故障，或者仪器的校准精度是否有待提高。

图2 pH计校准过程

此外，通过使用pH试纸法和仪器的测量结果进行比较也可以达到这一效果。在测量过程中，pH值的读数可能会出现不稳定的情况，或者呈现出规律性的增大或减小趋势。这种情况通常是由于仪器的标定不当而导致的，此时可以通过重复进行2点标定来调整仪器，达到最佳的测量效果。在进行标定之前，必须使用蒸馏水彻底冲洗电极和烧杯，然后使用中性滤纸加以擦拭。

2.4.2 常见故障及排除(1)“定位”的pH值未能达到当时温度下中心标准缓冲液的值。原因及处理方法：①若观察复合电极玻璃管中的溶液已经完全消失，则应该立即拆除电极上方的橡皮塞，并补充3 mL氯化钾溶液，或者更换复合电极。②如果复合电极出现故障，须尽快进行更换。③若pH计内部电位器损坏，建议将其交由具备相关资质的维修机构进行更换。

(2)“斜率”无法满足当时温度下酸性或碱性标准缓冲液的pH要求。原因及处理方法：①若复合电极因为老化而出现性能明显下降的问题，应尽快更换。②若内部电位器出现故障，建议将其送到具备专业技术资质的维修中心进行更换。

(3)在测量pH值时，读数可能会变得不稳定，甚至会朝向一个方向出现偏差。原因及处理方法：①若水样的K值太小(如小于10 μS/m)，应适当延长平衡时间。②若由于复合电极的内阻超出了正常范围，电极老化，则应尽快进行更换。③若复合电极插头(座)因为潮湿或污染而损坏，须立即关闭电源，并使用95%的酒精擦拭，等待完全干燥后再使用。若读数仍然不稳定，或者出现了偏差，则应进行维修。④电源电压波动剧烈，或者因为接地线连接出现问题，需判断稳压器运行是否良好，并重新焊接接地线。

2.5 注意事项

2.5.1 合理配置所需缓冲液通过使用特定的化学试剂和纯水，可以制备出标准的缓冲溶液。由于其pH值稳定，因此可以进行科学校准。由于标准缓冲溶液的配置烦琐，因此它的pH值很可能受到外界因素的影响而发生变化。在开始配制前，必须仔细检查相关化学试剂，确保它们没有变色或结块的情况，否则将无法使用。

此外，还需要确保所配制的容器和设备处于清洁状态。为了确保标准缓冲溶液的质量，在贮存过程中应当尽可能避免直接暴露在阳光下。为了保证缓冲液在储存期间的稳定性，建议将其放入冰箱冷藏室内进行保存，避免出现混浊和沉淀的问题，若发生这种情况，需立刻停止使用，并重新进行配制。此外，需要注意的是，这种溶液的存放期限不得超过3个月。

2.5.2 保证采样桶的洁净度通常，使用采样桶可以有效地收集并保存降水样本。当采样桶被污染时，它所盛放的酸雨样本测定结果准确性将显著下降。因此，在采集和储存降水样本之前，采样桶应该使用蒸馏水清洁并进行密封，然后将它们装入塑料袋，以便更好地保存。在使用新买的容器和设备之前，必须进行彻底的清洁。使用硝酸将其浸泡，然后用清水将其洗净，直至其pH值达到中性。在完成干燥并密封后，即可安全地进行储存。在使用任何日常器皿前后，都应使用纯水进行涤荡处理。对于长期放置不用的玻璃器皿再次使用时，应当按照相关规定进行处理，确保其满足相应的清洗要求。经过严格检查且判断符合标准后，可以将其应用于酸雨监测工作[2-6]。除此之外，若采样桶的保存期超过1个月，就必须对其进行彻底的清洗涤荡。

2.5.3 防止试样二次污染在样本采集工作结束至分析降水样本的过程中，若将其敞开，可能会导致污染物浓度发生改变，因此，最好能够及时进行测试。当固体降水或水样温度过低时，应立即盖上采样桶盖，防止样品受到污染，同时进行室温平衡处理。需要注意的是，样本的存放时间最多不能超过2 h。当水样储存超过2 h后，它的pH值会受到工作环境的影响。以冬季为例，研究表明，冬季的取暖设备会导致空气中二氧化硫和二氧化碳的浓度增加，从而导致pH值下降[7-10]。

2.5.4 合理应用维护仪器对相关仪器设备进行科学维护能够尽可能缩小样本测定误差范围，同时可以更好地完成相关监测工作。在操作相关仪器设备时，应确保它们处于清洁的环境，避免降水样本受到二次污染。维护实验室的卫生状态，确保所有的表面保持干爽。实验室内严禁吸烟，并且禁止将任何饮料或食物带入实验室。在进行测量活动之前，应当先进行彻底的清洁，确保所有测量器具都得到妥善放置，以免发生混乱。在使用完毕后，应当将其彻底清洗，然后再放回原处。

在使用pH计时，应尽量避免发生碰撞。若检测溶液中含有易受污染的敏感球部，将会导致电极钝化，从而导致斜率显著下降，影响测量结果的准确性。为了确保测量精度，应该定期检测pH计和电导电极，并且尽量避免使用超检仪器。酸雨pH仪和电导率仪必须连接正常，如果长时间不使用，则需要及时断开电源。在使用之前，需确保电压符合标准，并且开关和旋钮的位置也都正确无误。如果电压出现剧烈波动，应立即停止运行并进行检查，确定故障原因并恢复正常工作。在使用之前，先提前加热半小时，并且在使用完毕后，将所有的按键和开关归位[11]。

3 结束语

酸雨监测是一项极具挑战性的任务，相关工作人员需要具备精确的操作能力和保持严谨认真的工作态度，监测数据可以为基础科学研究提供重要的参考，并且可以用来评估气候变化和酸性降水对农业生产的影响。

为了确保日常工作的顺利开展，应该对所有的操作都制定明确的标准规范，并且认真地执行，以便获得更加精确、可靠的观测结果。从根本上解决问题，避免人为干扰和仪器故障，学习如何解决常见问题，并努力掌握酸雨观测规范和技术规定，从而获得准确可靠的科学数据，为改善环境、促进当地工农业生产提供有效支持。