可溶性硅酸比測實驗及誤差分析

林國元，朱繼承

（福建省地震局水化學(xué)實驗站，福州 350001）

可溶性硅酸比測實驗及誤差分析

林國元，朱繼承

（福建省地震局水化學(xué)實驗站，福州 350001）

林國元，朱繼承.可溶性硅酸比測實驗及誤差分析[J].華南地震，2016，36（1）：83-86.[LIN Guoyuan，ZHU Jicheng.The Comparative Experiment and Error Analysis of the Soluble Silicate[J].South china journal of seismology，2016，36（1）：83-86.]

通過可溶性硅酸比測實驗說明，目視比色法受肉眼觀測的影響，精度差，誤差大。分析目視比色法與光電比色法比測實驗數(shù)據(jù)和觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩組觀測數(shù)據(jù)可以進行對比分析，且各井泉目視觀測數(shù)據(jù)的中值全部比光電觀測數(shù)據(jù)的中值小，提出以723可見分光光度計觀測數(shù)據(jù)中值減去目視比色觀測數(shù)據(jù)中值的差為基數(shù)，把目視觀測的每個數(shù)據(jù)都加上各井泉相應(yīng)的基數(shù)，基本實現(xiàn)福建局各井泉兩種觀測數(shù)據(jù)的銜接。

可溶性硅酸；目視比色法；光電比色法；比測實驗

0 引言

在福建沿海井泉水中可溶性硅酸的含量較高，可溶性硅酸測定不得不減少取樣量，采用目視比色法進行日常觀測，一是取樣量少，對誤差起放大作用，二是人為色差影響觀測精度，使目視比色法觀測的相對誤差達到10％以上。為了改變可溶性硅酸的觀測條件，消除目視比色引起的人為觀測誤差，提高觀測精度，福建局在十.五計劃中特設(shè)立了分光光度計子項目。在該項目驗收時，驗收專家提出，由于目視比色法觀測已經(jīng)積累了十多年的觀測數(shù)據(jù)，為了使目視比色的觀測數(shù)據(jù)與分光光度計的觀測數(shù)據(jù)有可對比性，使目視比色法觀測數(shù)據(jù)和光電比色法觀測數(shù)據(jù)能有機地銜接，需對目視比色法與光電比色法觀測進行比測實驗，有利于對地震前兆數(shù)據(jù)的應(yīng)用。因此，開展下述比測實驗分析，并針對723可見分光光度計的特性，進行系列條件實驗，以降低可溶性硅酸的觀測誤差。

1 觀測方法簡介

可溶性硅酸測量采用的比色分析法，主要有目視比色法和光電比色法。在酸性溶液（PH=1.2）中，鉬酸銨與水中可溶性硅酸反應(yīng)生成檸檬黃色硅酸絡(luò)合物，將此絡(luò)合物與一定濃度的鉻酸鉀標(biāo)準溶液系列進行比較，測定出可溶性硅酸含量[1]。目視比色法的工作原理：通過制定標(biāo)準系列，把被測溶液在相同條件下用肉眼進行比較，根據(jù)人對顏色的感覺判斷進行測定。光電比色法工作原理：通過制定標(biāo)準系列，把被測溶液在相同條件下通過分光，得到的單色光通過被測溶液后投射到光電池上，光電池產(chǎn)生電流與光強度成正比，根據(jù)比例關(guān)系進行計算[2-4]。兩種方法相同的是，都是以所制定的標(biāo)準系列為準；不同的是，前者是用肉眼同標(biāo)準系列比較，來判斷顏色的深淺，是較為模糊判斷；后者是用儀器同標(biāo)準系列比較，來定量顏色深淺，是較精確觀測。

下述比測實驗如不特別說明，是根據(jù)《地震水文地球化學(xué)技術(shù)觀測規(guī)范》[1]中制訂可溶性硅酸測定的實驗條件和要求進行的，選取440 nm波長，5 cm比色皿，蒸餾水空白，鉻酸鉀標(biāo)準溶液濃度為630 mg/L，配制相當(dāng)于每升含有4.0、6.0、8.0、10.0、12.0、14.0 mg的鉻酸鉀標(biāo)準溶液系列。

2 比測實驗及其誤差分析

福建省地下流體共有六個井泉進行可溶性硅酸觀測，目視比色法觀測可溶性硅酸已有十多年了，從2003年8月開始，光電比色法正式取代目視比測法進行可溶性硅酸觀測。因廈門井在2001年更換井，所以不列入研究，其中烏鴉嘴泉（簡稱烏泉）、泉州井水樣取樣量為10 mL，ZⅢ-6鉆孔（簡稱鉆孔）、漳州井、華安井水樣取樣量為5 mL。

2.1 目視比色法與光電比色法測量誤差

福建局觀測可溶性硅酸，采用相當(dāng)于每升含有4.0、6.0、8.0、10.0、12.0、14.0 mg的鉻酸鉀標(biāo)準溶液系列，取樣量為10 mL的水樣，用50 mL比色管的標(biāo)準溶液系列進行比色的間隔為10 mL，取樣量為5 mL的水樣，用50 mL比色管的標(biāo)準溶液系列進行比色的間隔為20 mL；因此，對于烏泉和泉州井而言，目視比色法允許最大絕對誤差為10 mL，對于鉆孔、漳州井、華安井而言，目視比色法允許最大絕對誤差為20 mL。以1989年至2002年中值為基數(shù)，計算泉州、華安、鉆孔、漳州、烏泉最大相對誤差分別為：37.7％、30.1％、22.1％、17.6％、18.7％。

根據(jù)723可見分光光度計精度ΔT為±0.5，計算吸光度在0.155～1.00 A的相對誤差為±1～2％[2]。以2011年12月觀測數(shù)據(jù)為例，泉州、華安、鉆孔、漳州、烏泉吸光度分別為0.186、0.218、0.300、0.362、0.359，處在吸光度在0.155～1.00 A區(qū)間內(nèi)，相對誤差小于±2％。

2.2 比測實驗

按日常觀測要求，各井泉有10組不同水樣進行比測實驗，對同一水樣先進行目視比色觀測（簡稱目測），然后再進行723可見分光光度計觀測（簡稱機測），觀測結(jié)果如表1。序號4的目測數(shù)據(jù)全部比機測低，且相差較大，說明不同觀測人員的色差對觀測值的影響較大。從目測和機測10組觀測數(shù)據(jù)的動態(tài)變化上看，烏泉分別為3 mg/L 和4.6 mg/L，鉆孔為14 mg/L和6.3 mg/L，泉州為12 mg/L和8.4 mg/L，漳州為14 mg/L和17.6 mg/L，華安為36 mg/L和16.2 mg/L；烏泉目測動態(tài)變化較為平緩，華安目測變化最大。因為烏泉觀測數(shù)據(jù)變化較小，比色時，便以歷史數(shù)據(jù)60 mg/L為參照進行比色；華安目測變化大，是由于在目測觀測時，失去以前的參照。因此，目測比色法受人為因素影響很大。因為機測的觀測數(shù)據(jù)相對誤差比很小，作為目測的真值，各井10組目測和機測觀測數(shù)據(jù)比較，計算出泉州、華安、鉆孔、漳州、烏泉最大相對誤差分別為：24.1％、19.7％、13.8％、7.1％、5.6％，泉州、華安目測誤差較大；10組比測數(shù)據(jù)各井相對誤差小于5％的水樣數(shù)分別為：泉州2個、華安4個、鉆孔8個、漳州9個、烏泉9個，說明鉆孔、漳州、烏泉目測數(shù)據(jù)與機測數(shù)據(jù)比較接近，泉州、華安兩組數(shù)據(jù)偏離較大。泉州、華安可溶性硅酸含量最低，顯色也最淺，肉眼對淺色分辯率要較深色分辯率差，這也是造成泉州、華安目測誤差較大的原因之一。但比測實驗的誤差處在上述分析觀測誤差允許范圍之內(nèi)，各井泉誤差變化大小與測量誤差分析是一致的。說明目視比色觀測和723可見分光光度計觀測數(shù)據(jù)是可以對比分析的。

表1 目視比色法與光電比色法比測數(shù)據(jù)Table 1 The data of the visual colorimetric and the photoelectricity colorimetric

圖1 華安井可溶性硅酸原始曲線圖Fig.1 The orginal graph of the soluble silicate of Huaan well

2.3 目視比色法與光電比色法觀測數(shù)據(jù)銜接

根據(jù)上述比測分析認為：目視比色法受肉眼觀測的影響，精度差，誤差大；同時還有不可忽略的因素，即頭腦中原有的觀測數(shù)據(jù)對比色的判斷有一定的影響，主觀上容易與原有數(shù)據(jù)比較，造成目視比色的觀測數(shù)據(jù)動態(tài)變化較為平緩。723可見分光光度計觀測可以提高觀測精度，能夠比較好地反映地下水中的可溶性硅酸的動態(tài)變化。目視比色法和光電比色法觀測的數(shù)據(jù)有些差別，各井泉目視觀測數(shù)據(jù)的中值全部比光電觀測數(shù)據(jù)的中值小（圖1），1989年1月至2002年12月目測的中值和2004年1月至2011年12月機測的中值差分別為：泉州4.2 mg/L、華安4.8 mg/L、鉆孔8.8 mg/L、漳州10.5 mg/L、烏泉4.1 mg/L，遠小于目視比色觀法允許最大的絕對誤差。如果以該中值差為基數(shù)，把目視觀測的每個數(shù)據(jù)都加上各自中值差數(shù)，基本可以實現(xiàn)各井泉兩種觀測數(shù)據(jù)的銜接。如以華安井為例，修正前的原始曲線圖兩種觀測數(shù)據(jù)不在一個基準線上，有明顯差別，前后數(shù)據(jù)不利于對比分析；把目視觀測的數(shù)據(jù)整體提高4.8 mg/L，修正后的原始曲線圖兩種觀測數(shù)據(jù)處在一個基準線上，有利于兩種觀測數(shù)據(jù)對比分析。

3 結(jié)語

據(jù)比測實驗和對兩種測觀測數(shù)據(jù)分析認為，目視比色法和光電比色法的觀測數(shù)據(jù)可以進行對比分析，具有可對比性；但兩者存在一些差別，各井泉目視觀測數(shù)據(jù)的中值全部比光電觀測數(shù)據(jù)的中值小。為了更有利于地震前兆分析，以各井目視觀測數(shù)據(jù)中值與光電觀測數(shù)據(jù)中值的差值為基數(shù)，把目視觀測的數(shù)據(jù)整體提高各自中值差數(shù)，基本可以實現(xiàn)福建局可溶性硅酸目測和機兩種測觀測數(shù)據(jù)的銜接。

目視比色法受肉眼觀測的影響，精度差，誤差大，應(yīng)盡快選用精度高的光電比色法進行觀測。

[1]國家地震局編制.地震水文地球化學(xué)觀測技術(shù)規(guī)范[M].北京：地震出版社，1985.

[2]楊孫楷，陳昌云.儀器分析實驗[M].廈門：廈門大學(xué)出版社，1996.

[3]方惠群.電化學(xué)分析[M].北京：原子能出版社，1984.

[4]劉珍.化驗員讀本（下冊）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1983.

The Comparative Experiment and Error Analysis of the Soluble Silicate

LIN Guoyuan，ZHU Jicheng
（Hydrochemical Experiment Station，Earthquake Administration of Fujian Provice，F(xiàn)uzhou 350003，China）

The comparative experiment of the soluble silicate shows that the visual colorimetric observation has lower precision and higher error affected by naked eye.It was discovered that the data of visual colorimetric and photoelectricity colorimetric can be compared，and the middle data of visual colorimetric of the wells is smaller than that of the photoelectricity colorimetric.The cardinal number is that the middle data of photoelectricity colorimetric minus the middle data of visual colorimetric，and each data of visual colorimetric observation is coupled with the cardinal number of wells in Fujian，which realized the connection between visual colorimetric and photoelectricity colorimetric.

Soluble silicate；Visual colorimetric；Photoelectricity colorimetric；Comparative experiment

P315.724

A

1001-8662（2016）01-0083-04

10.13512/j.hndz.2016.01.012

2015-03-16

“十五”重點項目-723可見分光光度計子項目

林國元（1962-），男，工程師，主要從事地震地下流體監(jiān)測預(yù)報工作.

E-mail：gylin090933@sina.com.