工程水質(zhì)化學(xué)分析的任務(wù)主要是為工程勘察、設(shè)計(jì)、施工與養(yǎng)護(hù)提供水質(zhì)化學(xué)分析指標(biāo)，所提供的化學(xué)指標(biāo)用來(lái)判斷水質(zhì)對(duì)砼、鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性。工程水質(zhì)分析測(cè)試的項(xiàng)目包括pH值，Ca2+，Mg2+，Cl-，SO42–，HCO3–，CO32–，侵蝕性CO2，游離CO2，NH4+，OH–，總礦化度（溶解性總固體）。日常工作中，樣品分析測(cè)試量非常大，對(duì)樣品測(cè)試結(jié)果的審查工作多集中在計(jì)算結(jié)果的核對(duì)上。因?yàn)樗|(zhì)分析結(jié)果的各項(xiàng)指標(biāo)間存在一定的關(guān)系，因此可以根據(jù)這些關(guān)系重點(diǎn)審查某些重要指標(biāo)，重點(diǎn)核對(duì)計(jì)算可能出現(xiàn)誤差的數(shù)據(jù)，篩選出不符合一般規(guī)律性數(shù)據(jù)。筆者對(duì)分析數(shù)據(jù)中的常見(jiàn)規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，
利用EXCEL軟件中的部分?jǐn)?shù)學(xué)函數(shù)對(duì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷比較，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)分析結(jié)果的審查，以判斷分析結(jié)果是否合理、可靠。
1 陰、陽(yáng)離子含量的校核
1.1陰、陽(yáng)離子濃度之間的關(guān)系
根據(jù)物質(zhì)電中性原理，溶液中正、負(fù)電荷的總和相等。據(jù)此，理論上水樣中各陰離子的物質(zhì)的量濃度與陰離子電荷數(shù)乘積之和，應(yīng)等于各陽(yáng)離子物質(zhì)的量濃度與陽(yáng)離子電荷數(shù)乘積之和。
1.2陰、陽(yáng)離子物質(zhì)的量濃度與總量之間的偏差
實(shí)際工作中分析結(jié)果總是存在一定的誤差，根據(jù)數(shù)學(xué)原理得出允許的誤差應(yīng)滿足式(1)：
工程水質(zhì)簡(jiǎn)易分析中，往往允許鉀離子和鈉離子的含量通過(guò)陰陽(yáng)離子平衡法來(lái)計(jì)算。當(dāng)鉀和鈉離子含量采用差減法計(jì)算時(shí)，產(chǎn)生的偏差通過(guò)鉀和鈉的濃度反映出來(lái)，此時(shí)，陰離子的物質(zhì)的量濃度之和應(yīng)大于或等于未包括鉀和鈉在內(nèi)的陽(yáng)離子物質(zhì)的量濃度之和。
2 礦化度與陰、陽(yáng)離子含量的校核
工程水質(zhì)總礦化度的測(cè)定方法主要有兩種，一種是105～110℃烘干法，用于測(cè)定以碳酸鹽鈣鎂離子濃度為主的水樣；另一種是加入碳酸鈉的180℃烘干法，用于測(cè)定以非碳酸鹽鈣鎂離子濃度為主的水樣。工程地質(zhì)手冊(cè)中提出礦化度可以由分析測(cè)得的離子總和計(jì)算得到，具體方法為：總礦化度等于陰、陽(yáng)離子質(zhì)量濃度之和減去一半的HCO3–的含量濃度。
工程水質(zhì)的簡(jiǎn)易分析結(jié)果與水樣實(shí)際含有的溶解性固體濃度并不相等，兩者之間存在偏差。除了測(cè)定誤差以外，原因還有水樣中的一些離子沒(méi)有被測(cè)定，以及水中存在一些非離子狀態(tài)的粒子在測(cè)定中被當(dāng)作離子狀態(tài)一起測(cè)定出來(lái)等因素。鐵路公程水質(zhì)分析規(guī)程規(guī)定了溶解性固體與陰、陽(yáng)離子含量及總量之間允許的相對(duì)誤差，如表1。
3 pH值與CO32–，HCO3–和游離CO2含量的校核內(nèi)陸水的pH值接近于7，而海水的pH值稍高，約為8左右。水質(zhì)分析中可以通過(guò)測(cè)試酚酞堿度和甲基橙堿度，以判斷和計(jì)算CO32–，HCO3–的含量，通過(guò)用堿來(lái)滴定計(jì)算游離CO2的含量。pH值與CO32–，HCO3–及游離CO2有著重要聯(lián)系，天然水中普遍存在著各種形態(tài)和價(jià)態(tài)的碳酸化合物，它們是決定水樣pH值的重要因素，并且對(duì)外加酸、堿有一定的緩沖能力。天然水中CO32–，HCO3–，游離CO2 3種組分濃度比例與溶液pH值的關(guān)系曲線如圖1所示。
由圖2可知：
（1）當(dāng)pH<4.3（甲基橙變色點(diǎn)）時(shí)，水中幾乎只有游離CO2一種形態(tài)；
（2）當(dāng)4.3<pH<8.3（酚酞變色點(diǎn)）時(shí)，主要存在游離CO2和HCO3–離子兩種形態(tài)；
（3）當(dāng)8.3<pH<10時(shí)，CO23–和HCO3–同時(shí)存在；
（4）當(dāng)pH>10時(shí)，HCO3–迅速減少；
（5）當(dāng)pH>12時(shí)，水中幾乎只存在CO32–一種形態(tài)。
可以認(rèn)為HCO3– 實(shí)際存在范圍是pH值在4.5～12之間，而且當(dāng)pH值在6～10.5時(shí)，HCO3–在3種形態(tài)的碳酸化合物的總量中占80%以上。所以當(dāng)pH<8.3、礦化度小于2 g／L時(shí)，水樣中只存在游離CO2和HCO3–pH按式(2)計(jì)算：
pH=pKa1＋lg[r1c(HCO3–)] —lg[c(CO2 )] (2)
當(dāng)pH≥8.3時(shí)，水樣中存在CO32–和HCO3–，
pH按式(3)計(jì)算：
pH=pKa2—lg[r1c(HCO3–)] —lg[r2c(CO32- )](3)
式(2)和(3)中的r1，r2按表2取值。
4 游離CO2和侵蝕性CO2含量的核查水中的侵蝕性CO2是當(dāng)游離CO2的含量超出與重碳酸鹽含量保持平衡的量時(shí)，能使溶解度很小的碳酸鈣及碳酸鎂成為重碳酸鹽而溶解的這部分游離CO2。水中的侵蝕性CO2是游離CO2的一部，因此侵蝕性CO2只能小于或等于游離CO2。當(dāng)pH值大于8.3時(shí)，游離CO2全部被轉(zhuǎn)化，即游離CO2含量為零，此時(shí)侵蝕性CO2含量也為零。有時(shí)侵蝕性CO2含量實(shí)測(cè)值會(huì)大于游離CO2的含量，則可能是測(cè)試不及時(shí)、取樣沒(méi)有密封和所加入含有Ca(HCO3)2的大理石粉受潮等原因造成的。
5 Ca2+，Mg2+與陰離子含量的核查一般來(lái)說(shuō)淡水和高礦化度的水中，各離子存在著一定的規(guī)律，如淡水（包括河水，低礦化度的水及潛水等）離子間的濃度存在以下關(guān)系：
c(HCO3–)<2c(Ca2+)+2c(Mg2+)c(HCO3–)+2c(SO42–)>2c(Ca2+)+2c(Mg2+)低礦化度的水陰離子中，HCO3–是主要離子，其次是Na+和K+或Mg2+。
溶解性固體質(zhì)量濃度大于1 000 mg／L的水中各離子間往往存在以下關(guān)系：2c(Ca2+)+2c(Mg2+)>c(HCO3–)+2c(SO42–)陽(yáng)離子以Na+與K+為主，其次是Ca2+，Mg2+。
6 結(jié)語(yǔ)
未污染的天然水中，陰離子和陽(yáng)離子間，礦化度與陰、陽(yáng)離子含量，pH值與CO32–、HCO3–和游離CO2間以及Ca2+，Mg2+與陰離子間有著一定的聯(lián)系，分析總結(jié)這些聯(lián)系規(guī)律，利用EXCEL中的if函數(shù)判斷真假，可以顯示出分析報(bào)告結(jié)果中可能存在有誤的數(shù)值，利于分析報(bào)告的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性并對(duì)報(bào)告結(jié)果進(jìn)行更快的審查。
（廣東有色工程勘察設(shè)計(jì)院)
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