酸雨監測數據質量保證方法的探析

徐啟元，張宗笛，胡 倩，李 陽，楊春艷

1.興義市氣象局，貴州興義 562400；2.黔西南州氣象局，貴州黔西南 562400

近年來，隨著人類活動的加劇，各地的降雨酸化問題變得愈加突出，既損害了公眾的健康安全，又嚴重影響了農業的正常發展。酸雨是一種特殊的降水類型，其特征是pH值低于5.6，表現出強烈的酸性特征。酸雨已成為當今世界面臨的最嚴重的環境危機之一。通過對酸雨進行監測，為有關研究人員提供更加全面的信息，從而大大提高環境保護的效率和質量。隨著我國政府的大力支持和鼓勵，酸雨監測數據已成為重要的氣象參考資料。然而，受多種因素的影響，酸雨監測結果存在一定的偏差，因此應用科學、合理的酸雨監測技術，制定有效的質量改進措施，能大大提高酸雨監測的準確性和可靠性，從而更好地保證酸雨監測工作的高效推進。

1 酸雨的危害

根據酸雨基本特征分析，酸雨也被稱為酸性沉淀。酸雨一般指的是酸度低于5.6的大氣降水，其典型表現形式可能伴有濃霧、暴雨和冰雹等。由于酸雨具有攜帶微小或氣態污染物的特性，這些污染物會隨著雨水一起飄散到周圍環境。當空氣恢復至干燥狀態時，這些顆粒物將會迅速擴散至地表，從而造成嚴重的酸性污染。隨著當今環境污染的不斷加劇，相關部門越來越重視酸雨污染問題。從本質上來看，酸雨的產生是大量的酸性氣體和其他顆粒物被人類無意識地排放到大氣層中而導致的。[1]

目前，造成酸雨的主要原因是汽車尾氣、煤炭燃燒和其他污染物的排放，這些都導致了硫酸雨和其他類型酸雨的頻率增加。隨著季節的變化，酸雨的危害性也會發生變化，從而導致不同時期的酸雨表現出不同的外在特征。對于那些受到嚴重污染的城市來說，由于大量云層在城市上方出現，使得太陽輻射和光照時間大幅度縮短。隨著酸雨的出現，受波及地區的農作物生長將會受到影響，土壤pH值越來越低，并伴隨其他不利的后果。除了造成嚴重的環境污染，酸雨還可能破壞城市中的藝術品和其他建筑，并且給當地的森林造成巨大的破壞(圖1)。

近年來，氣象觀測技術取得了長足的進步。因此，當需要對酸雨進行預報和監測時，專業技術人員可以運用各種不同的方法，全面監控和分析整個酸雨過程。若能夠提高監測質量，就可以避免產生各種類型的酸雨觀測誤差，從而為當前城市大氣污染問題的解決提供重要的參考依據。通過全面的酸雨監測，氣象部門可以提供定量數據，從而更好地采取酸雨防治措施。當前，為了應對酸雨的威脅，各地氣象部門正努力采取有效的監測措施，以便實施全面的酸雨管控。

2 酸雨觀測的要點

2.1 采樣

2.1.1 采樣準備確保酸雨樣品的準確性是至關重要的。通過使用專門的采樣桶，可以有效地收集酸雨樣本，這是目前應用最廣泛的方法之一。

為了獲得準確的樣本，須要先準備一個采樣桶，必須確保采樣桶潔凈度達到標準要求，并且在必要時進行徹底的清洗。若采樣桶的保存時間不低于30 d，則在重新使用之前，應該用清水(配合適量的洗滌劑)清洗采樣桶，并用純水進行2～3次滌蕩，去除殘留的純水后才能正常使用。

在使用采樣桶之前，需確保工作人員已完成手部清潔工作，然后從密封的塑料袋中拿出采樣桶，使用大約200 mL的純水滌蕩1～2次，倒掉剩下的純水，并蓋上桶蓋，最后運往室外使用。

實踐表明，由于某些觀測人員未能全面清洗采樣桶或使用不干凈的清潔水源，導致酸雨采樣的準確性和時效性受到嚴重影響。

2.1.2 采樣步驟工作人員需要事先將采樣桶安裝好并固定在采樣架上，當降雨來臨時，應立即打開采樣桶。在1個降水采樣日期間，只對1次持續的降雨量進行1次取樣。在1個降水日內，若出現多次降雨，則需要進行多次采樣，以便組合這些數據，形成完整的樣本。在連續幾天的降水過程中，需要根據采樣日期加以處理。在雨停后，立即封閉采樣桶，并將其送至實驗室。同時，必須在指定的時間段收集酸雨樣品，監測人員必須在指定的時間段開展酸雨采樣桶的收取工作。主要是因為實時的酸雨采樣處理對觀察整個酸雨過程至關重要，而且每種酸雨的樣本濃度也存在差異。若未能及時收取采樣桶，將會嚴重影響后續酸雨采樣的準確性和效率。氣象部門工作者必須嚴格按照規定的流程收集和安置采樣桶，并且指派專人負責監督這幾項工作。

2.2 配置緩沖液

第一，根據酸雨監測規定，必須精確配置標準緩沖溶液，確保其質量和穩定性。操作者需要打開包裝，將藥品放進250 mL規格的容量瓶。用少量的純水清洗包裝里層，然后將其置于容量瓶(重復3～4次)。將一定量的蒸餾水倒入容器，并在其接近刻度線時使用滴管逐漸添加，完成添加蒸餾水步驟后，確保擰緊瓶塞。操作者需要拿起容量瓶，一只手撐住底部，一只手握住瓶塞部，并進行倒置處理，重復5～10次，確保里面的蒸餾水和化學試劑能夠完全混合在一起。在配置完成后，須在瓶身貼上標簽，并記錄名稱、配置日期、操作人員姓名等內容。

第二，所用藥品必須符合生產標準，并且包裝完整，標識明確；在配置2種緩沖溶液的過程中，必須確保所有的玻璃棒和燒杯都經過徹底的清潔和消毒；使用純水徹底沖洗包裝袋中的殘留物，保證試劑用量的精確性；在配置過程中，應注意避免灑漏。

第三，在配置標準緩沖溶液時，必須嚴格遵守相關的技術要求，并確保其儲存期限在3個月以內，同時禁止重復使用。如果在溶液中檢測到沉淀物，須立刻停止使用，產生沉淀現象的原因主要有以下2個：一是標準溶液已過期，二是配制的蒸餾水質量不合格。

2.3 平衡降水樣品溫度

標準緩沖液的溫度與待測水樣的溫度必須保持一致，偏差不得超過±2 ℃。夏季，由于溫度偏高，樣本的溫度通常在20 ℃左右，但是標準緩沖溶液通常需要予以冷凍保存(4～10 ℃)。為了迅速達到理想的溫度平衡效果，建議先將標準緩沖溶液試劑瓶從冰箱中取出將其放入室內，最好靜置2 h或更長的時間。冬季，為了保持溫度平衡，建議將少量的水倒入一個容器，并將標準緩沖溶液試劑瓶與裝有降水樣本的燒杯放置其中。為了有效地處理固態降水樣本的溫度平衡問題，可在試樣所在采樣桶中添加略高于室溫的水，能夠有效促進降水的溶解，從而大大縮短達到溫度平衡所需的時間。

2.4 使用pH計

2.4.1 校準在pH計校準的過程中，必須精確控制標準溶液的溫度，并將它們調整至指定的參數，確保校準過程的精確性，直至無需再次操作“定位”和“斜率”的旋鈕(圖2)。為了確保儀器的校準精度，在完成樣品測量后，應將蒸餾水的pH值與樣品結果進行比較，如果發現兩者存在顯著的差異，則應分析儀器是否存在故障，或者儀器的校準精度是否有待提高。

圖2 pH計校準過程

此外，通過使用pH試紙法和儀器的測量結果進行比較也可以達到這一效果。在測量過程中，pH值的讀數可能會出現不穩定的情況，或者呈現出規律性的增大或減小趨勢。這種情況通常是由于儀器的標定不當而導致的，此時可以通過重復進行2點標定來調整儀器，達到最佳的測量效果。在進行標定之前，必須使用蒸餾水徹底沖洗電極和燒杯，然后使用中性濾紙加以擦拭。

2.4.2 常見故障及排除(1)“定位”的pH值未能達到當時溫度下中心標準緩沖液的值。原因及處理方法：①若觀察復合電極玻璃管中的溶液已經完全消失，則應該立即拆除電極上方的橡皮塞，并補充3 mL氯化鉀溶液，或者更換復合電極。②如果復合電極出現故障，須盡快進行更換。③若pH計內部電位器損壞，建議將其交由具備相關資質的維修機構進行更換。

(2)“斜率”無法滿足當時溫度下酸性或堿性標準緩沖液的pH要求。原因及處理方法：①若復合電極因為老化而出現性能明顯下降的問題，應盡快更換。②若內部電位器出現故障，建議將其送到具備專業技術資質的維修中心進行更換。

(3)在測量pH值時，讀數可能會變得不穩定，甚至會朝向一個方向出現偏差。原因及處理方法：①若水樣的K值太小(如小于10 μS/m)，應適當延長平衡時間。②若由于復合電極的內阻超出了正常范圍，電極老化，則應盡快進行更換。③若復合電極插頭(座)因為潮濕或污染而損壞，須立即關閉電源，并使用95%的酒精擦拭，等待完全干燥后再使用。若讀數仍然不穩定，或者出現了偏差，則應進行維修。④電源電壓波動劇烈，或者因為接地線連接出現問題，需判斷穩壓器運行是否良好，并重新焊接接地線。

2.5 注意事項

2.5.1 合理配置所需緩沖液通過使用特定的化學試劑和純水，可以制備出標準的緩沖溶液。由于其pH值穩定，因此可以進行科學校準。由于標準緩沖溶液的配置煩瑣，因此它的pH值很可能受到外界因素的影響而發生變化。在開始配制前，必須仔細檢查相關化學試劑，確保它們沒有變色或結塊的情況，否則將無法使用。

此外，還需要確保所配制的容器和設備處于清潔狀態。為了確保標準緩沖溶液的質量，在貯存過程中應當盡可能避免直接暴露在陽光下。為了保證緩沖液在儲存期間的穩定性，建議將其放入冰箱冷藏室內進行保存，避免出現混濁和沉淀的問題，若發生這種情況，需立刻停止使用，并重新進行配制。此外，需要注意的是，這種溶液的存放期限不得超過3個月。

2.5.2 保證采樣桶的潔凈度通常，使用采樣桶可以有效地收集并保存降水樣本。當采樣桶被污染時，它所盛放的酸雨樣本測定結果準確性將顯著下降。因此，在采集和儲存降水樣本之前，采樣桶應該使用蒸餾水清潔并進行密封，然后將它們裝入塑料袋，以便更好地保存。在使用新買的容器和設備之前，必須進行徹底的清潔。使用硝酸將其浸泡，然后用清水將其洗凈，直至其pH值達到中性。在完成干燥并密封后，即可安全地進行儲存。在使用任何日常器皿前后，都應使用純水進行滌蕩處理。對于長期放置不用的玻璃器皿再次使用時，應當按照相關規定進行處理，確保其滿足相應的清洗要求。經過嚴格檢查且判斷符合標準后，可以將其應用于酸雨監測工作[2-6]。除此之外，若采樣桶的保存期超過1個月，就必須對其進行徹底的清洗滌蕩。

2.5.3 防止試樣二次污染在樣本采集工作結束至分析降水樣本的過程中，若將其敞開，可能會導致污染物濃度發生改變，因此，最好能夠及時進行測試。當固體降水或水樣溫度過低時，應立即蓋上采樣桶蓋，防止樣品受到污染，同時進行室溫平衡處理。需要注意的是，樣本的存放時間最多不能超過2 h。當水樣儲存超過2 h后，它的pH值會受到工作環境的影響。以冬季為例，研究表明，冬季的取暖設備會導致空氣中二氧化硫和二氧化碳的濃度增加，從而導致pH值下降[7-10]。

2.5.4 合理應用維護儀器對相關儀器設備進行科學維護能夠盡可能縮小樣本測定誤差范圍，同時可以更好地完成相關監測工作。在操作相關儀器設備時，應確保它們處于清潔的環境，避免降水樣本受到二次污染。維護實驗室的衛生狀態，確保所有的表面保持干爽。實驗室內嚴禁吸煙，并且禁止將任何飲料或食物帶入實驗室。在進行測量活動之前，應當先進行徹底的清潔，確保所有測量器具都得到妥善放置，以免發生混亂。在使用完畢后，應當將其徹底清洗，然后再放回原處。

在使用pH計時，應盡量避免發生碰撞。若檢測溶液中含有易受污染的敏感球部，將會導致電極鈍化，從而導致斜率顯著下降，影響測量結果的準確性。為了確保測量精度，應該定期檢測pH計和電導電極，并且盡量避免使用超檢儀器。酸雨pH儀和電導率儀必須連接正常，如果長時間不使用，則需要及時斷開電源。在使用之前，需確保電壓符合標準，并且開關和旋鈕的位置也都正確無誤。如果電壓出現劇烈波動，應立即停止運行并進行檢查，確定故障原因并恢復正常工作。在使用之前，先提前加熱半小時，并且在使用完畢后，將所有的按鍵和開關歸位[11]。

3 結束語

酸雨監測是一項極具挑戰性的任務，相關工作人員需要具備精確的操作能力和保持嚴謹認真的工作態度，監測數據可以為基礎科學研究提供重要的參考，并且可以用來評估氣候變化和酸性降水對農業生產的影響。

為了確保日常工作的順利開展，應該對所有的操作都制定明確的標準規范，并且認真地執行，以便獲得更加精確、可靠的觀測結果。從根本上解決問題，避免人為干擾和儀器故障，學習如何解決常見問題，并努力掌握酸雨觀測規范和技術規定，從而獲得準確可靠的科學數據，為改善環境、促進當地工農業生產提供有效支持。