關于暗筒式日照計日照紙感光跡線不理想的若干原因剖析

李子木,周素娟

(1.呼中區氣象局，黑龍江 呼中165036;2.漠河縣氣象局，黑龍江 漠河165300)

1 引言

日照數據的準確和完整是農業科學研究和太陽能的開發和利用的重要科學依據。 為了得到準確的日照記錄，日照紙需要對太陽直射光感應靈敏，同時感光痕跡清晰。日照紙使用的藥物、水質、涂層質量對此起決定作用。 在實際工作中，經常會遇到射線不理想的情況，具體表現為：日照陽光跟蹤模糊背景發藍，痕跡顏色不正?；蚱醋凡槭й?日照跡線不清，背景底色呈藍色， 跡線顏色漂洗后消失或不正常等現象。 本文試從日照紙曬圖的化學反應原理出發，對照日照觀測的各個環節， 就其可能造成日照紙感光跡線不理想的原因作分析， 并試圖找到合理的解決途徑。

2 日照紙感光成像的化學反應原理

日照紙感光成像的原理： 由于日照紙上涂有檸檬酸鐵銨和赤血鹽的混合物， 這兩種物質反應生成了六氰合鐵酸鐵， 所以日照紙未曝光時本身顯青銅綠色。 經過光線照射曝光后， 發生了一個光催化反應， 即檸檬酸離子將檸檬酸鐵銨中的三價鐵離子還原成亞鐵離子。 六氰合鐵酸鉀立即與生成的亞鐵離子反應生成藍色沉淀，在日照紙上沉積。 沒有被曝光的部分由于暗筒的遮擋，保持了原來的顏色，將溶于水且未發生反應的六氰合鐵酸鉀用水洗掉， 就剩下了藍色的跡線。

3 藥品

藥品有顯影藥劑赤血鹽與感光藥劑檸檬酸鐵銨。 固體赤血鹽品質穩定，是有毒藥品，其水溶液受光及堿作用易分解。 氣象部門選用試驗用的檸檬酸鐵銨，呈棕綠色，含鐵量約14.5%-16.0%，易感光。 檸檬酸鐵銨這種藥品感光吸水性較強， 適宜保管收藏在暗處。 按照臺站《地面氣象觀測規范》[1]（以下簡稱《規范》）配藥要求：水與赤血鹽的比例10:1，水與檸檬酸鐵銨的比例10:3，分別配置，然后按相等的量混合在一起，涂刷于日照紙上。 其中值得注意的是，《規范》中的“量”指的是“質量”，“等量”即“物質的質量相等”。 按照《規范》比例要求配制的顏色為墨綠色，將有藍色沉淀的小包裝藥液涂在日照紙上呈現深綠色， 在光照不強的環境下， 感光跡線就很難被分辨出。 可以進行一些簡單的試驗，尋找出小包裝日照藥的合理配液方法， 來解決當前尚不能明確判定小包裝藥品存在哪些問題的情況。

4 藥液的配制

目前呼中臺使用的是混合涂藥法。 按《規范》中給出的藥液配制，混合涂藥時，將兩種分別配制好的藥液等量混合，結果水與赤血鹽的比例大致為20:1，水與檸檬酸鐵銨的比例大致為20:3， 顯然藥液的比例已經發生了變化。 因此,在混合涂藥時采用與兩步涂藥法相同的比例是不恰當的。

按照《規范》給出的比例簡單計算一下，赤血鹽在赤血鹽溶液中所占的比例為1/11， 檸檬酸鐵銨在檸檬酸鐵銨溶液中所占的比例為3/13。 如果配制10 g 藥液，需要赤血鹽溶液和檸檬酸鐵銨溶液各5 g，那么赤血鹽的量為0.5 g， 檸檬酸鐵銨的量約為1.2 g，水的量為8.3 g。 這樣《規范》上混合涂藥法比例就變為：赤血鹽：檸檬酸鐵銨：水的比例為1 g:1 g:40 g（折算成雨量筒高度約1.3 mm） 或者1 g:1.2 g:50 g（1.6mm）。 與《規范》要求相比，小包裝檸檬酸鐵銨用量明顯減少，只需與赤血鹽等量或稍多些即可。 水的用量需明顯增加，比《規范》要求增加一倍以上。

需要注意的是， 如果赤血鹽和檸檬酸鐵銨在保存過程中有水解現象， 則此比例還須根據水解的程度進行調整。 小包裝藥品開封后容易變質，一次用不完的也不建議留到下次再用。

配制日照溶液時，環境光線昏暗，為易于操作，對各藥品的取量可做如下改進，自制1 g 裝小容器和小型添加勺（0.1 g/勺），用來量取固體藥品。配制用水可以折算成相應的毫米量，用測雨量用的量筒量取。這樣做不但操作簡單， 而且一旦配制比例需要調整時也容易掌握。

5 涂刷與浸漂

5.1 涂刷

溶液配制時應充分攪拌使藥劑融化， 再將配制好的藥劑靜置1 h 左右開始涂刷。

日照紙涂藥方法不恰當，也常造成記錄不完善。藥水涂刷不均勻常表現為： 涂藥時沒有涂滿整個時段，導致該時段應該有跡線卻沒有跡線，而藥水過厚的地方漂洗后跡線完全消失了。

涂藥的正確方法： 使用藥棉將日照紙上的灰塵和油脂擦去，再用干凈的藥棉蘸上藥水后輕捏一下，確保藥棉上沒有過多的浮水， 再在紙上均勻的橫向涂過，擠干后縱向吸干，涂完后以紙上藥水薄而均勻為宜。 切不可反復涂擦，以免刷傷紙面使漂洗后的日照紙見光后變顏色。 同時注意要盡量刷滿整個時段，滿足日照跡線隨季節變化的需要。

5.2 浸漂時間和用水

在水量充足且清潔的情況下， 浸漂換下的日照紙3-5 min，日照紙底色呈灰白，感光跡線為藍色，即達到最佳效果；如若時間過長的浸漂，則會造成感光跡線的顏色變淺，甚至消失；若時間浸漂不足夠，則不能充分洗凈日照紙上的藥物，時間久了，日照紙會因為繼續感光，而成為藍色，底色會隱去感光跡線。

在浸漂日照紙時，由于所用水量不充足，導致藥液分子的擴散空間減少， 單位時間內回到日照紙表面的分子數較多，遠遠超出正常情況，當離開紙面的分子數與回到紙面的分子數相等時， 浸漂水與日照紙之間保持較大的藥物分子濃度， 這個分子濃度比標準浸漂水量以上的水量浸漂時大的多。 因此，也達不到規定的浸漂效果，時間長久后，日照紙也會繼續感光，變成藍色。

5.3 淋洗法

有臺站在試驗中發現[2]，采用淋洗法漂洗日照紙效果更好。 具體方法是：先用5 號鐵絲做一個圓柱形的架子，地面直徑約2 cm，高約30 cm，上底面架一條橫鐵絲，用于夾放日照紙。 把圓柱架放于自來水池或水盆中，用塑料夾子夾好日照紙，稍微擰開自來水龍頭，讓水沿感光跡線方向淋洗，直至將日照紙洗凈為止。

此方法避免了凈水浸漂時由于水量不夠而達不到規定浸漂效果， 以及時間長久后日照紙繼續感光變成藍色的問題。

6 日照紙的保存

按照《規范》，每次涂刷的日照紙不可過多，以10張為宜，以免涂了藥的日照紙久存失效。日常工作中發現，濕度與涂好藥的日照紙的存儲有很大關系。 存儲環境的濕度降低有利于保持日照紙的新鮮程度。采用電熱臺板烘干涂藥日照紙的臺站[3]，取得了比較好的成效。 操作的具體方法：在涂藥前，先將日照紙平攤在電熱臺板上，接通電源任其烘烤1 h 左右。 涂藥時將紙收攏， 將涂好藥的日照紙逐張平放在電熱臺板上烘干，可連續操作。 涂完后，在上面放一張報紙， 減少熱量散發同時幫助吸收水分。 待完全烘干后，收好存儲備用。 采用此方法涂刷的日照紙質量提高明顯，一次刷成的日照紙，用到第10 張，底色仍未變質。

涂好藥的日照紙應保存在茶葉筒等密蔽性較好的暗筒內，再放入一包干燥劑，可以幫助降低存儲環境的濕度。

7 其他可能影響的因素

7.1 藥品水解

使用檸檬酸鐵銨中發現： 用檸檬酸鐵銨涂刷的日照紙經潮解后呈姜黃色，感光跡線呈深藍色，沖洗后跡線藍色鮮明，底色灰白干凈，符合規范要求。 未潮解的晶狀檸檬酸鐵銨配制溶液時有藍色沉淀析出，涂刷的日照紙呈墨綠色，紙面與感光跡線相差較小，部分跡線不能分辨，尤其在日出后、日落前以及薄云等天氣下更是如此，易造成記錄缺失或不完整。其主要原因是晶狀檸檬酸鐵銨中混有過量的檸檬酸亞鐵，水解后生成的氫氧化亞鐵很不穩定，很快被氧化成氫氧化鐵，即相應的亞鐵鹽被還原成鐵鹽，檸檬酸鐵銨恢復了它原來的化學式，品質變好了。 所以潮解實際上是對晶狀檸檬酸鐵銨的一個補充加工過程。

因此每次涂藥前，應先做感光試驗，檢驗藥效以免造成記錄缺測。

7.2 水質

由于各地水質不同， 井水和自來水一般都含有鈉、鈣、鎂鹽等使水質呈弱堿性，能與赤血鹽、檸檬酸鐵銨發生復分解反應，導致藥品變性。 普通的自來水是中性的 （PH 值約為6.5-7.5）, 因其水中有很多雜質，有呈酸性的二氧化碳和氯，以及呈堿性的碳酸氫根及碳酸根。 通常，他們相互抵消使水呈中性。 當水被加熱時，大量的二氧化碳和氯氣逸出，而原來弱堿性的碳酸氫鹽加熱成為堿性相對較強的碳酸鹽，使水中的堿性大大加強。 此時，赤血鹽呈現出較強氧化性，導致六氰合鐵離子濃度較低，而在堿性溶液中有檸檬酸鐵銨沉淀生成，導致亞鐵離子濃度也變低。 所得涂刷的日照紙容易變色，沖洗后仍呈藍色，環境色與跡線混淆，不易識別。 因此配制藥品時建議使用蒸餾水。 試驗證明，蒸餾水不含雜質，配制的藥液涂刷的日照紙感光能力強且保存時間長， 所涂的藥液被沖洗掉后，紙面潔白，不留藥跡，感光跡線藍色鮮明。

7.3 紙張

紙張的版本不同， 對于日照紙的涂刷質量有一定程度的影響。 不同版本的日照紙，采用同樣的藥、同樣的比例（1 g:1 g:40 g），卻不能獲得同樣理想的日照記錄。

7.4 用具不清潔

由于用具不清潔， 在實際操作中會影響日照記錄：(1)未清洗干凈配制藥液的容器，由于見光變質，前一次涂藥后容器中殘留的藥物影響涂藥效果，涂藥后的日照紙底色發藍， 漂洗后跡線與底色顏色相近，難以辨別。 (2)涂藥前日照紙未擦干凈或直接用擦過日照紙的藥棉蘸藥涂刷， 結果造成涂藥后的日照紙上出現小斑點，底色不清晰，也會影響到記錄的整理。

[1] 中國氣象局.地面氣象觀測規范[M].北京：氣象出版社，2003：81-82.

[2] 張采英.淋洗法漂洗日照紙效果好[J].河南氣象,2003，（2）：48.

[3] 林博沛. 用烘干法涂日照紙[J]. 浙江氣象科技,1999，（1）：56.