一种基于水样电信号变化的水样硬度检测方法技术

本发明专利技术提供一种基于水样电信号变化的水样硬度检测方法，包括以下步骤：S1.构建水体硬度与水体电信号变化值相关的数学模型；S2.使水样与钙镁离子吸附物料接触以使水样电信号值发生改变，钙镁离子吸附物料用于物理吸附水样中的钙离子和镁离子，采集水样与钙镁离子吸附材料接触前后的水样电信号值，然后构建水样电信号变化值；S3.将水样电信号变化值代入数学模型中的水体电信号变化值，推算水样的硬度。上述方法无须涉及滴定剂的使用以及前置的校准操作，对硬件设备的要求不高，因而可以节省繁琐复杂的仪器日常维护，具有操作简单、可靠性高、绿色环保的优越性。绿色环保的优越性。绿色环保的优越性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水样电信号变化的水样硬度检测方法


[0001]本专利技术属于水质检测
，具体地，涉及一种基于水样电信号变化的水样硬度检测方法。

技术介绍

[0002]水是生命之源，人类在生活和生产活动中都离不开水，生活饮用水水质的优劣与人类健康密切相关，随着社会经济发展、科学进步和人民生活水平的提高，人们对生活饮用水的水质要求不断提高，饮用水水质标准也相应地不断发展和完善。水质硬度是指水体中钙、镁离子的总量，若水体的硬度过高，将对人体健康产生影响，长期饮用高硬度的水，会引起心血管、神经、泌尿以及造血等系统的病变，对生产和生活也会有危害，水质硬度检测分析是水质分析的一项重要工作，影响到公共生产，生活安全。
[0003]现有水质硬度检测方法主要有以下几种：EDTA滴定法、ICP光谱分析法、钙离子选择性电极电位分析法等，这些方法操作繁琐、复杂，一般需要涉及到辅助检测的化学滴定剂的使用、前置于正式检测的校准步骤，此外，上述方法还依赖于昂贵的仪器检测载体，由此不仅增加了水质硬度检测的成本，还需要对仪器进行不断维护，然而，上述测试方法的准确度还存在着难以把控的问题，测试人员的个体操作差异、设备的污染或老化等都有可能使测试结果产生难以忽视的偏差。基于现有的水质硬度检测方法中存在的种种问题，使水质硬度检测技术在生活、生产中的普及应用推进。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于水样电信号变化的水样硬度检测方法，以通过简便的操作步骤实现水质硬度的准确检测。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种基于水样电信号变化的水样硬度检测方法，包括以下步骤：S1.构建水体硬度与水体电信号变化值相关的数学模型；S2.使水样与钙镁离子吸附物料接触以使水样电信号值发生改变，钙镁离子吸附物料用于物理吸附水样中的钙离子和镁离子，采集水样与钙镁离子吸附材料接触前后的水样电信号值，然后构建水样电信号变化值；S3.将水样电信号变化值代入数学模型中的水体电信号变化值，推算水样的硬度。硬度盐类一般包括Ca
2+
、Mg
2+
、Fe
2+
、Mn
2+
、Sr
2+
、Te
3+
、Al
3+
等容易形成难溶盐类的金属阳离子，在一般天然水中，主要是Ca
2+
、Mg
2+
，其它离子含量较少。因此，一般常以水中的Ca
2+
、Mg
2+
总量作为硬度的定义。
[0006]基于水体中钙镁离子的消耗会导致水体的导电性能发生变化，本专利技术通过引入钙镁离子吸附物料，对水体中的钙离子和镁离子产生物理吸附，而物理吸附的过程中不涉及离子交换，因此可以借助物理吸附过程前后水样中的离子消耗量以准确换算水体中的钙镁离子总量，进一步地，利用水体硬度与水体电信号的关联关系，从而快速、准确地获取水样的硬度值。上述方法无须涉及滴定剂的使用以及前置的校准操作，对硬件设备的要求不高，因而可以节省繁琐复杂的仪器日常维护，具有操作简单、可靠性高、绿色环保的优越性。水
体电信号包括水体的电性能参数，如电导率、电阻率、电压、电流、电位等直接表征水体电信号的参数，以及利用水体的电性能参数推算、构建的参数、函数等。
[0007]优选地，水体电信号变化值包括电导率变化值或由电导率变化值构建的函数中的至少一种。
[0008]优选地，函数包括溶解性固体总量。
[0009]优选地，水体电信号变化值包括电导率变化值与溶解性固体总量的比值。以上述方式构建水体电信号变化值作为推算水体硬度的变量，上述变量与水体的硬度呈强相关的线性关系，两者的线性相关数可高达0.99以上，利用由上述变量与水体硬度拟合得到的线性关系能够准确地推算水体硬度。
[0010]优选地，钙镁离子吸附物料满足在测试溶液中溶出物质贡献电信号变化低于由于硬度引起的电信号变化的50％。钙镁离子吸附物料在水中的溶出物有可能对水的电导率产生影响，由此会对基于电信号变化的水体硬度检测带来误差，在选择钙镁离子吸附物料的过程中，以钙镁离子吸附物料在水中的电导率贡献能力作为考量指标之一，有利于提高水体硬度检测的准确度。
[0011]优选地，钙镁离子吸附物料包括物理吸附基质，物理吸附基质选自氧化铝、沸石、分子筛、方解石、高岭土、粘土、浮岩、膨润土、蒙脱石、活性炭中的至少一种。上述物料一般具有孔道或孔穴结构，从而对钙镁离子产生良好的物理吸附作用。由此，在钙镁离子吸附物料对钙镁离子发挥吸附作用的过程中，以物理吸附为主要作用方式，离子交换的作用方式低于整体吸附作用的50％。
[0012]优选地，物理吸附基质包括氧化铝颗粒。氧化铝内部的晶格大小与钙离子、镁离子的晶格大小比较接近，以氧化铝颗粒作为物理吸附钙镁离子的活性材料，有利于提高水体中钙镁离子的特异性吸附，降低其他离子的干扰，提高水质硬度检测的准确性。
[0013]优选地，氧化铝颗粒为γ
‑
氧化铝。γ
‑
氧化铝不溶于水，基本不会产生改变水质电导率的溶出物，应用γ
‑
氧化铝能够排除溶出物对水质电导率的干扰。此外，γ
‑
氧化铝是一种多孔性物质，能够提供足够大的比表面积，一般大于50
‑
100m2/g，由此可以保证物理吸附基质与水样充分接触，由此，不仅能够提高硬度检测的准确率还能够提高硬度检测的效率。
[0014]优选地，氧化铝颗粒的粒径不超过500μm。
[0015]优选地，氧化铝颗粒的粒径不超过1μm。使氧化铝颗粒的粒径保持在上述范围内，能够保证包含氧化铝颗粒的钙镁离子吸附物料具备足够大的比表面积。
[0016]优选地，钙镁离子吸附物料包括物理吸附基质载体，物料吸附基质载体由胶粘剂和物理吸附基质构成，将胶粘剂分散于物理吸附基质中通过胶粘剂的固化定型以形成物理吸附基质载体。在物理吸附基质载体的成型工艺中，利用胶粘剂与物理吸附基质充分混合，可通过共混挤出、压铸等固化定型的加工工艺，使得物理吸附基质被胶粘剂均匀粘接并随着胶粘剂的固化成型而被固定，相较于无定型(如粉末状)的物理吸附基质，采用胶粘剂对物理吸附基质进行固定更利于实际操作应用，也更安全可靠。
[0017]可选地，吸附材料和胶粘剂混合成型呈块状、柱状、片状、球状等形状。
[0018]优选地，物理吸附基质载体呈空心状。使胶粘载体呈空心状，能够提高胶粘载体的表面积，可以提高空间利用率，能够在有限地空间内为钙镁离子吸附物料提供更多的物理吸附活性位点可暴露区域，既能够保证物理吸附速率也有利于使基于上述检测方法的检测
设备保持轻巧。可选地，物理吸附基质载体呈块状、柱状、片状、球状等形状。
[0019]优选地，物理吸附基质载体呈空心柱状。呈空心柱状的胶粘剂载体不仅有利于提高钙镁离子吸附物料的比表面积，还能够对参试的水样起到倒流的作用，使胶粘剂载体的空心结构可以充当参试水样的流道，在进样的过程中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水样电信号变化的水样硬度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.构建水体硬度与水体电信号变化值相关的数学模型，所述水体电信号变化值包括电导率变化值或由电导率变化值构建的函数中的至少一种；S2.使水样与钙镁离子吸附物料接触以使水样电信号值发生改变，所述钙镁离子吸附物料用于物理吸附所述水样中的钙离子和镁离子，采集所述水样与所述钙镁离子吸附材料接触前后的所述水样电信号值，然后构建水样电信号变化值；S3.将所述水样电信号变化值代入所述数学模型中的所述水体电信号变化值，推算所述水样的硬度。2.如权利要求1所述基于水样电信号变化的水样硬度检测方法，其特征在于：所述函数包括溶解性固体总量。3.如权利要求1所述基于水样电信号变化的水样硬度检测方法，其特征在于：所述钙镁离子吸附物料满足在测试溶液中溶出物质贡献电信号变化低于由于硬度引起的电信号变化的50％。4.如权利要求3所述基于水样电信号变化的水样硬度检测方法，其特征在于：所述钙镁离子吸附物料包括物理吸附基质，所述物理吸附基质选自氧化铝、沸石、分子筛、方解石、高岭土、硅藻土、粘土、浮岩、膨润土、蒙脱石、活性炭中的至少一种。5.如权利要求4所述基于水样电信号变化的水样硬度检测方法，其特征在于：所述物理吸附基质包括氧化铝颗粒。6.如权利要求5所述基于水样电信号变化的水样硬度检测方法，其特征在于：所述氧化铝颗粒为γ
‑
氧化铝。7.如权利要求5所述基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕苏，董红晨，陈如，晏博，
申请(专利权)人：佛山市云米电器科技有限公司，
类型：发明
国别省市：