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1、威尼尔水质 计算机 13 钙和水硬度 引言 钙（Ca2+）钙以钙离子的形式存在，是咸水和淡水中主要的无极阳离子之一。它源于水体中氯化钙或硫酸钙等盐的解离。CaCl2(s)Ca2+(aq)+2 Cl(aq)CaSO4(s)Ca2+(aq)+SO42(aq)地表水中大多数的钙来自于河流流经的石灰石（CaCO3）、石膏（CaSO42H2O）和其他含钙岩石和矿物。地下水和地下蓄水层从岩石和土壤中浸出浓度更高的钙离子。虽然碳酸钙相对不溶于水，但容易溶解于含有大量溶解二氧化碳的水中。1 淡水中钙离子（Ca2+）浓度为 0-100mg/L，往往是淡水中浓度最高的阳离子。其饮用水的上限为 50mg/L。高浓度
2、并不被认为是一种健康问题；然而，50mg/L以上浓度可能会产生问题，因为在管道中会形成过多的碳酸钙沉淀，或降低肥皂的清洁作用。如果淡水中钙离子浓度降至 5mg/L以下，它只能维持较少的植物和动物的生命，这种状况被称为营养不足。典型的海水含有约 400mg/L的钙离子。以 CaCO3 计的钙硬度 当水流经石灰石等矿床时，水体中Ca2+、Mg2+和 HCO3的浓度会显著增加，使水体成为硬水。该术语源于水体中钙离子和镁离子可以与肥皂分子结合，形成粘性泡沫，干扰肥皂的作用，使其难以产生泡沫。水硬度最明显的现象之一就是在淋浴器表面留下一层白色的薄膜。由于大多数的硬水离子来源于碳酸钙，因此水的硬度水平往往
3、根据 CaCO3 的硬度计。例如，如果水样中由 30mg/L的 Ca2+，利用下式计算以 CaCO3计的钙硬度：2(30 mg/L Ca2+)(100 g CaCO3/40 g Ca2+)=75 mg/L 以 CaCO3计钙硬度 注意 30mg/L的 Ca2+与 75mg/L以 CaCO3计的钙硬度相当，它们只是从不同的角度来描述钙浓度。以 CaCO3计的钙硬度可以通过将 Ca2+浓度乘以一个因子（100/40或 2.5）得到。1 与石灰石的反应为：CaCO3(s)+CO2(aq)+H2O(l)Ca2+(aq)+2HCO3(aq)2 该公式考虑了 Ca（40 g/mol）和 CaCO3（100
4、 g/mol）的摩尔质量。另一个衡量水硬度的指标是以 CaCO3 计的总硬度。该指标考虑了钙离子和镁离子的浓度。平均来讲，镁硬度约占 1/3的总硬度，钙硬度占 2/3的总硬度。如果你想将自己的以CaCO3计的钙硬度测试结果与已发表的以 CaCO3计的总硬度做比较，你先应将钙硬度乘以 1.5估测总硬度。见测试 14（总水硬度），获取更多相关知识。钙和水硬度 威尼尔水质 材料 电脑 威尼尔电脑界面 Logger Pro软件 威尼尔钙离子选择电极 低浓度标准液（10 mg/L Ca2+）高浓度标准液（1000 mg/L Ca2+）蒸馏水 废物桶 取样容器（可选）样品采集与储存 该测试可以在实验室或现
5、场进行。大约需要 100 mL水样。很重要的一点是，在保证安全的情况下，从离岸边尽可能远的水面以下采集水样。如果无法抵达河流的合适取样区域，则可以制作由棒和容器组成的取样器用于采集样品。如果无法在几小时内进行检测，请将样品存放在冰柜或冰箱中。校正 1.将钙离子选择电极（ISE）置于高浓度钙标准溶液中至少 30分钟。要点：确保 ISE没有接触底部，小的白色触点被浸没。确保 ISE 下面没有裹挟气泡。2.校正钙 ISE。如果老师让你使用储存的校准数据，直接进行到步骤 4。备注：仅推荐使用当天保存的 ISE 校准曲线。如果老师让你重新校准，则继续执行该步骤。备注：建议在去现场之前进行校准。第一个校准
6、点 a.确保硝酸盐 ISE 仍然在高浓度钙溶液中，并且将钙 ISE 与威尼尔界面相连，在文件菜单中选择新建。b.从“实验”菜单中选择“校准钙 ISE”，然后单击。c.输入 1000 作为第一个已知浓度的标准液（mg/L Ca2+）读数。d.当电压稳定时，点击。第二个校准点 钙和水硬度 威尼尔水质 e.用蒸馏水冲洗 ISE，用纸巾或棉纸轻轻擦干。要点：没有仔细冲洗 ISE 就擦干会污染标准溶液。f.将 ISE 末端放入低浓度标准液中（10 mg/L Ca2+）。备注：确保 ISE 没有接触瓶子底部，小的白色触点被浸没。确保 ISE下面没有裹挟气泡。g.稍微摇晃溶液之后，拿住 ISE，等待约 60
7、 秒直到电脑屏幕上显示的电压读数稳定。h.输入 10作为第二个已知浓度的标准液（mg/L Ca2+）读数。i.当电压稳定时，点击。3.将校准保存到传感器上。a.选择校准存储选项卡。b.单击“设置传感器校准”按钮，然后按照屏幕上的指示保存校准。备注：ISE应经常校正。只有当储存的校正是当天完成时才可以直接使用。c.点击。d.用蒸馏水冲洗钙 ISE，废水倒进废水桶，擦干探头。e.如果将 ISE 带到现场，将套盖从短期的 ISE 浸泡瓶中取出，装入 3/4 体积的高浓度标准液。将瓶盖穿过 ISE，然后插入瓶中，盖紧。要点：不要让 ISE 离开浸泡液超过 24 小时。长期储存应放在长期 ISE储存瓶中
8、。步骤 4.确保钙 ISE 连接到界面。备注：ISE应浸泡在高浓度标准液中。确保 ISE没有接触容器底部，小的白色触点被浸没。5.在 Logger Pro软件的威尼尔水质文件夹中，打开“13 钙&硬度”文件。6.用蒸馏水冲洗硝酸盐 ISE，废水倒进废水桶，擦干探头。7.将 ISE尖端放入水样中。备注：确保小的白色触点被浸没，ISE 没有接触底部。确保ISE下面没有裹挟气泡。8.稍微摇晃溶液之后，拿住 ISE，等待约 60 秒直到读数稳定。备注：如果读数稳定在1mg/L，没有发生改变，说明校正没有保存，需要重新校正。9.点击开始数据采集。10.一旦钙 ISE 读数稳定，点击开始 10秒钟采样。要
9、点：将探头尖端浸没 10秒采集数据。11.完成后，点击。12.在数据表中记录钙浓度。13.用蒸馏水冲洗 ISE尖端，废液倒入废液桶中，正确保存。钙和水硬度 威尼尔水质 计算 将钙浓度（mg/L Ca2+）转化为以 CaCO3 计的钙硬度单位。计算考虑了钙（40 g/mol Ca2+）和碳酸钙（100 g/mol CaCO3）的摩尔质量的差异。根据下式计算，将单位转化为以 CaCO3 计的钙硬度单位：钙硬度以 CaCO3计=(mg/L Ca2+)(100 g CaCO3/40 g Ca2+)=(mg/L Ca2+)2.5 在数据表中记录数值（精确到 0.01 mg/L）。数据 地点信息 地点名称 采集日期 采集时间 团队成员 现场观测（例如：沿河的天气、地理和植被）测试结果 钙（mg/L Ca2+）钙硬度（mg/L CaCO3）测试完成日期 测试完成时间 测试完成人