本发明属于离子检测设备技术领域，提出的水中氟离子快速检测系统，包括均与微处理器单元连接的人机交互单元、温度采集单元、负载电源管理单元、加热搅拌单元和电压调整单元，还包括氟离子电极单元，氟离子电极单元所测电压值经信号调理单元调理后传送至微处理器单元，微处理器单元包括运算模块，运算模块包括温度补偿模块、线性计算模块、计算校正模块和温度补偿校正模块。还提出一种采用水中氟离子快速检测系统对水中氟离子进行快速检测的方法。本发明构思巧妙，操作简便，解决了现有技术中氟离子含量的测量主要依靠实验室完成，操作流程比较繁琐且精度差，取回测量易造成二次污染影响准确度的技术问题。
1.水中氟离子快速检测系统，其特征在于，包括均与微处理器单元（1）连接的人机交互单元（2）、温度采集单元（4）、负载电源管理单元（6）、加热搅拌单元（7）和电压调整单元（8），还包括氟离子电极单元（5），所述氟离子电极单元（5）所测电压值经信号调理单元（3）调理后传送至所述微处理器单元（1），所述信号调理单元（3）包括依次连接的阻抗匹配电路（31）、电压抬升电路（32）和第一低通滤波电路（33），所述阻抗匹配电路（31）包括第一放大器（311），所述第一放大器（311）的具体型号为INA121U，所述第一放大器（311）的第1脚和第8脚通过第四电阻（312）连接，所述电压抬升电路（32）包括阻值相同且均与跟随电路（323）连接的第一电阻（321）和第二电阻（322），所述第一电阻（321）和所述第二电阻（322）的另一端分别与所述第一放大器（311）和所述电压调整单元（8）连接，所述微处理器单元（1）包括运算模块（11），
通过对所述氟离子电极单元（5）所测电压值进行温度补偿从而对所测水中氟离子浓度进行矫正的温度补偿模块（111），由所述氟离子电极单元（5）所测电压值计算出氟离子浓度的线性计算模块（112），所述线性计算模块（112）由多组标准液的浓度值、所述氟离子电极单元（5）测量多组所述标准液得到的多组电压值通过最小二乘法得出，基于最小二乘法对所述线性计算模块（112）进行校正的计算校正模块（113），基于最小二乘法对所述温度补偿模块（111）进行校正的温度补偿校正模块（114），所述温度补偿模块（111）所依据方程为V1=V+(0.5+a)(T-20)，V1为所述氟离子电极单元（5）所测电压值通过温度补偿后的值，V为所述氟离子电极单元（5）所测电压值，a为校正值，由所述温度补偿校正模块（114）通过最小二乘法算出，T为所述温度采集单元（4）所测温度。
2.根据权利要求1所述的水中氟离子快速检测系统，其特征在于，所述信号调理单元（3）所依据方程为：V4=R28/(2R28+R25)(V3+2V)，
其中，V4为所述信号调理单元（3）传送至所述微处理器单元（1）的电压值，R28为所述电压抬升电路（32）中第三电阻（324）阻值，R25为所述第一电阻（321）阻值，V3为所述电压调整单元（8）传送至所述微处理器单元（1）的电压值，所述第三电阻（324）一端与所述第一电阻（321）和所述第二电阻（322）的连接点连接，另一端与地连接。
3.根据权利要求1所述的水中氟离子快速检测系统，其特征在于，所述氟离子电极单元（5）包括依次连接的氟离子电极（51）和电极接口（52），所述氟离子电极（51）内置参比电极，所述参比电极为银-氯化银电极，
所述电极接口（52）与所述第一放大器（311）连接。
4.根据权利要求1所述的水中氟离子快速检测系统，其特征在于，所述温度采集单元（4）包括依次连接的热敏电阻传感器（41）、恒流源电路（42）和第二低通滤波电路（43），所述第二低通滤波电路（43）与所述微处理器单元（1）的模/数转换器连接，所述微处理器单元（1）的型号为MSP430。
5.根据权利要求1所述的水中氟离子快速检测系统，其特征在于，所述人机交互单元（2）包括相互连接并均与所述微处理器单元（1）连接的键盘（21）和液晶显示模块（22），所述键盘（21）包括自动校正按钮（211）和测试按钮（212）。
6.根据权利要求1所述的水中氟离子快速检测系统，其特征在于，所述负载电源管理单元（6）包括依次连接的可携带电源（61）、低压差线性稳压器（62）、第一负载开关（63）、第二负载开关（64）和第三负载开关（65）；
所述低压差线性稳压器（62）与所述微处理器单元（1）连接，
所述第一负载开关（63）与所述温度采集单元（4）连接，所述第二负载开关（64）与所述信号调理单元（3）连接，所述第三负载开关（65）与所述人机交互单元（2）连接。
7.采用权利要求1 6任一项所述水中氟离子快速检测系统对水中氟离子进行快速检测~的方法，其特征在于，包括以下步骤：
氟离子电极校正：依次对0.2mg/l、0.6mg/l、1mg/l、2mg/l和4mg/l五种不同浓度标准液进行测量，所述计算校正模块（113）通过最小二乘法绘制出所述氟离子电极单元（5）所测电压值与氟离子浓度的线性曲线；
温度补偿方程校正：依次对至少3种不同温度下的0.2mg/l、0.6mg/l、1mg/l、2mg/l和
4mg/l五种不同浓度标准液进行测量，所述温度补偿校正模块（114）绘制出五条同种浓度标准液所述氟离子电极单元（5）所测电压值与所述温度采集单元（4）所测温度T的线性曲线，得出对应的五个校正值并求出其平均值，将平均值带入温度补偿方程；
调pH值：向待测液中滴加离子缓冲溶液剂，并通过加热搅拌装置搅拌均匀，直至溶液pH值调节到5 8；
测量分析：所述氟离子电极单元（5）进入待测液，所述氟离子电极单元（5）和所述电压调整单元（8）同时工作，将所检测到的信号传送至所述微处理器单元（1），同时所述温度采集单元（4）对待测液温度进行测量；计算出所述氟离子电极单元（5）所测电压值V，将V带入氟离子电极校正步骤中绘制的氟离子电极输出电压与氟离子浓度的线性曲线中，并根据所述温度采集单元（4）所测温度T对曲线进行温度补偿后得到待测液在当前温度下的氟离子浓度值；
显示：将计算得到的氟离子浓度和温度值输出在所述人机交互单元（2）显示。
8.根据权利要求7所述的水中氟离子快速检测方法，其特征在于，调pH值步骤中，离子缓冲溶液为0.2mol/l柠檬酸钠或1mol/l硝酸钠；
氟离子电极校正、温度补偿方程校正步骤及测量分析步骤中，每次测试前需用去离子水反复冲洗氟离子电极，冲洗时间为30 40秒。
9.根据权利要求7或8所述的水中氟离子快速检测方法，其特征在于，测量分析步骤中，所述氟离子电极单元（5）所测电压值V的解析方程为V=(2V4-V3)/2，其中，V3为所述电压调整单元（8）传送至所述微处理器单元（1）的电压值，V4为所述信号调理单元（3）传送至所述微处理器单元（1）的电压值。
水中氟离子快速检测系统及其方法
技术领域
[0001] 本发明属于离子检测设备技术领域，涉及一种水中氟离子快速检测系统及其方法。
背景技术
[0002] 氟离子是水文地质调查和环境监测的重要参数，对于分析地层特性、地下水径流和含氟地方病的情况具有重要的作用。目前，氟离子含量的测量主要依靠实验室完成，操作流程比较繁琐，线性曲线需要人工计算完成，无法实现在野外现场的快速检测。被测水样获取过程存在二次污染的风险，很大程度上弱化被测信息的真实性，同时从取样到完成实验室的测量一般需要较长的时间且精度差，氟离子含量已发生变化，测量结果已不能代表水样的实际值。当前急需一种能够在野外现场实现快速检测的水中氟离子快速检测仪器。
发明内容
[0003] 本发明提出一种水中氟离子快速检测系统及其方法，解决了现有技术中氟离子含量的测量主要依靠实验室完成，操作流程比较繁琐且精度差，取回测量易造成二次污染影响准确度的技术问题。
[0004] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0005] 水中氟离子快速检测系统，包括均与微处理器单元连接的人机交互单元、温度采集单元、负载电源管理单元、加热搅拌单元和电压调整单元，
[0006] 还包括氟离子电极单元，所述氟离子电极单元所测电压值经信号调理单元调理后传送至所述微处理器单元，
[0007] 所述信号调理单元包括依次连接的阻抗匹配电路、电压抬升电路和第一低通滤波电路，
[0008] 所述阻抗匹配电路包括第一放大器，所述第一放大器的第1脚和第8脚通过第四电阻连接，
[0009] 所述电压抬升电路包括阻值相同且均与跟随电路连接的第一电阻和第二电阻，[0010] 所述第一电阻和所述第二电阻的另一端分别与所述第一放大器和所述电压调整单元连接，
[0011] 所述微处理器单元包括运算模块，
[0012] 所述运算模块包括
[0013] 通过对所述氟离子电极单元所测电压值进行温度补偿从而对所测水中氟离子浓度进行矫正的温度补偿模块，
[0014] 由所述氟离子电极单元所测电压值计算出氟离子浓度的线性计算模块，所述线性计算模块由多组标准液的浓度值、所述氟离子电极单元测量多组所述标准液得到的多组电压值通过最小二乘法得出，
[0015] 基于最小二乘法对所述线性计算模块进行校正的计算校正模块，
[0016] 基于最小二乘法对所述温度补偿模块进行校正的温度补偿校正模块。
[0017] 作为进一步的技术方案，所述温度补偿模块所依据方程为V1＝V+(0.5+a)(T-20)，V1为所述氟离子电极单元所测电压值通过温度补偿后的值，V为所述氟离子电极单元所测电压值，a为校正值，由所述温度补偿校正模块通过最小二乘法算出，T为所述温度采集单元所测温度。
[0018] 作为进一步的技术方案，所述信号调理单元所依据方程为：
[0019] V4＝R28/(2R28+R25)(V3+2V)，
[0020] 其中，V4为所述信号调理单元传送至所述微处理器单元的电压值，R28为所述电压抬升电路中第三电阻阻值，R25为所述第一电阻阻值，V3为所述电压调整单元传送至所述微处理器单元的电压值，
[0021] 所述第三电阻一端与所述第一电阻和所述第二电阻的连接点连接，另一端与地连接。
[0022] 作为进一步的技术方案，所述氟离子电极单元包括依次连接的氟离子电极和电极接口，
[0023] 所述氟离子电极内置参比电极，所述参比电极为银-氯化银电极，
[0024] 所述电极接口与所述第一放大器连接。
[0025] 作为进一步的技术方案，所述温度采集单元包括依次连接的热敏电阻传感器、恒流源电路和第二低通滤波电路，所述第二低通滤波电路与所述微处理器单元的模/数转换器连接，所述微处理器单元的型号为MSP430。
[0026] 作为进一步的技术方案，所述人机交互单元包括相互连接并均与所述微处理器单元连接的键盘和液晶显示模块，
[0027] 所述键盘包括自动校正按钮和测试按钮。
[0028] 作为进一步的技术方案，所述负载电源管理单元包括依次连接的可携带电源、低压差线性稳压器、第一负载开关、第二负载开关和第三负载开关；
[0029] 所述低压差线性稳压器与所述微处理器单元连接，
[0030] 所述第一负载开关与所述温度采集单元连接，所述第二负载开关与所述信号调理单元连接，所述第三负载开关与所述人机交互单元连接。
[0031] 本发明还提出一种采用所述水中氟离子快速检测系统对水中氟离子进行快速检测的方法，包括以下步骤：
[0032] 氟离子电极校正：依次对0.2mg/l、0.6mg/l、1mg/l、2mg/l和4mg/l五种不同浓度标准液进行测量，所述计算校正模块通过最小二乘法绘制出所述氟离子电极单元所测电压值与氟离子浓度的线性曲线；
[0033] 温度补偿方程校正：依次对至少3种不同温度下的0.2mg/l、0.6mg/l、1mg/l、2mg/l和4mg/l五种不同浓度标准液进行测量，所述温度补偿校正模块绘制出五条同种浓度标准液所述氟离子电极单元所测电压值与所述温度采集单元所测温度T的线性曲线，得出对应的五个校正值并求出其平均值，将平均值带入温度补偿方程；
[0034] 现场取样：取50ml样品待测；
[0035] 调PH值：向待测液中滴加离子缓冲溶液剂，并通过加热搅拌装置搅拌均匀，直至溶液pH值调节到5～8左右；
[0036] 测量分析：所述氟离子电极单元进入待测液，所述氟离子电极单元和所述电压调整单元同时工作，将所检测到的信号传送至所述微处理器单元，同时所述温度采集单元对待测液温度进行测量；计算出所述氟离子电极单元所测电压值V，将V带入氟离子电极校正步骤中绘制的氟离子电极输出电压与氟离子浓度的线性曲线中，并根据所述温度采集单元所测温度T对曲线进行温度补偿后得到待测液在当前温度下的氟离子浓度值；
[0037] 显示：将计算得到的氟离子浓度和温度值输出在所述人机交互单元显示。
[0038] 作为进一步的技术方案，调PH值步骤中，离子缓冲溶液为0.2mol/l柠檬酸钠或1mol/l硝酸钠；
[0039] 氟离子电极校正、温度补偿方程校正步骤及测量分析步骤中，每次测试前需用去离子水反复冲洗氟离子电极，冲洗时间为30～40秒。
[0040] 作为进一步的技术方案，测量分析步骤中，所述氟离子电极单元所测电压值V的解析方程为V＝(2V4-V3)/2。
[0041] 本发明使用原理及有益效果为：
[0042] 1、本发明氟离子电极单元采用差分双路(氟离子电极信号和基准电压信号)同步采集模式，大大加强了本发明所检测结果的精度；设置了加热搅拌单元，可大大加快离子缓冲溶液滴入后水溶液的平衡时间，加快反应时间，提高测试速率，节省工作时间。本发明通过八大部分的巧妙配合和合理安排，加上微处理器单元内置的高精度带温度智能补偿的定量计算算法，可实现氟离子电极和温度补偿方程的精确校正，并自动实现氟离子浓度的自动计算与温度补偿功能，方便快捷的实现水中氟离子的野外快速高精度检测。另外，人工交互单元中键盘中设置了自动校正按钮和测试按钮，便于用户根据需要准确快捷的选取测试模式，更好的满足客户的使用需求。
[0043] 2、本发明中同一氟离子电极的重复性表现良好，多次测量的平均误差不超过4％。不同氟离子电极在测量不同浓度标准液时，所测结果通过最小二乘法绘制出的氟离子电极输出电压与氟离子浓度的线性曲线形状一致，但与坐标轴的交点不同，因此不同氟离子电极所对应的线性曲线所需校正值不同。通过氟离子校正步骤后，完全可以实现水中氟离子浓度的精确测量。
[0044] 3、通过实验验证，本发明方法比滴定法测量精度更高，相对误差≤5％。采用本发明方法所测数据与室内滴定法测试数据较为接近，均在合理范围之内。另外采用本发明方法测试时间仅为滴定法测试所需时间的30％左右，大大提高了测试的工作效率。这是由于测试过程中，本发明检测系统自带加热搅拌装置能够加速PH值调节步骤中水溶液平衡过程，缩短测量时间，且不会对浓度产生本质的影响，野外测量中可通过手的晃动加速平衡时间，且浓度越高平衡越快，一般仅需2分钟便可平衡，同时也避免了过多离子缓冲溶液滴入，影响测量结果。本发明检测系统在整个的使用过程中表现稳定，适合水工环野外地质调查快速、便携式、低功耗测量仪器的要求。
附图说明
[0045] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0046] 图1为本发明中检测系统结构示意图；
[0047] 图2为本发明中信号调理单元结构示意图；
[0048] 图3为本发明中微处理器单元结构示意图；
[0049] 图4为本发明中负载电源管理单元结构示意图；
[0050] 图中：1-微处理器单元，11-运算模块，111-温度补偿模块，112-线性计算模块，113-计算校正模块，114-温度补偿校正模块，2-人机交互单元，21-键盘，211-自动校正按钮，212-测试按钮，22-液晶显示模块，3-信号调理单元，31-阻抗匹配电路，311-第一放大器，312-第四电阻，32-电压抬升电路，321-第一电阻，322-第二电阻，323-跟随电路，324-第三电阻，33-第一低通滤波电路，4-温度采集单元，41-热敏电阻传感器，42-恒流源电路，43-第二低通滤波电路，5-氟离子电极单元，51-氟离子电极，52-电极接口，6-负载电源管理单元，61-可携带电源，62-低压差线性稳压器，63-第一负载开关，64-第二负载开关，65-第三负载开关，7-加热搅拌单元，8-电压调整单元。
具体实施方式
[0051] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052] 参阅图1～4所示，本发明水中氟离子快速检测系统包括八大部分：微处理器单元1、人机交互单元2、信号调理单元3、温度采集单元4、氟离子电极单元5、负载电源管理单元
6、加热搅拌单元7和电压调整单元8，其中，在系统微处理器单元1包括运算模块11，运算模块11包括温度补偿模块111、线性计算模块112、计算校正模块113和温度补偿校正模块114。
其中，温度补偿模块111是通过对氟离子电极单元5所测电压值进行温度补偿来实现对所测水中氟离子浓度进行矫正的模块；线性计算模块112可通过氟离子电极单元5所测电压值计算出氟离子浓度，该模块由多组标准液的浓度值、氟离子电极单元5测量多组标准液得到的多组电压值通过最小二乘法得出；计算校正模块113是基于最小二乘法对线性计算模块112进行校正的模块；温度补偿校正模块114是基于最小二乘法对温度补偿模块111进行校正的模块。
[0053] 负载电源管理单元6包括可携带电源61、低压差线性稳压器62(LDO)、第一负载开关63、第二负载开关64和第三负载开关65。可携带电源61经低压差线性稳压器62转换为稳定的3.3V供电电压，低压差线性稳压器62输出电压一路直接为微处理器单元1供电，另外3路分别接到第一负载开关63、第二负载开关64和第三负载开关65。其中，第一负载开关63负责为温度采集单元4供电，第二负载开关64负责为信号调理单元3供电，第三负载开关65负责为人机交互单元2供电。按照按需分时供电的原则，由微处理器单元1的I/O口分别控制开合和关断不同负载开关，从而实现为不同负载的间歇供电，实现整个系统超低功耗运行。
[0054] 其中，微处理器单元1可以采用高集成度MSP430处理器，内部集成多路采集、实时时钟和大容量存储器等功能，并内置有带有温度补偿氟离子的定量计算软件程序。其自带的16位AD转换器用于转换经信号调理单元调理后的氟离子电极单元输出信号。
[0055] 氟离子电极单元5包括依次连接的氟离子电极51和电极接口52，其中氟离子电极51内置银-氯化银电极作为参比电极。工作时，氟离子电极51所采集信号(电压V)先经第一放大器311和其上第四电阻312R34的共同作用下完成两倍放大，再通过第一电阻321R25输送至跟随电路323；与此同时，电压调整单元8的输出信号(电压V3和电流A3)通过第二电阻
322R31输送至跟随电路323，两股信号在跟随电路323输入端实现加和，之后经第一低通滤波电路33作用提高传送信号的精确度。信号调理电路3能够适应-1.25V～1.25V范围内正负信号的采集，并将正负电压信号调理为正向输出信号，并将其传送至微处理器单元1内置的16位AD转换器，用于分析计算。
[0056] 与此同时，微处理器单元1还对电压调整单元8的输出信号(电压V3和电流A3)进行了直接采集，以便后续更精准的对氟离子电极51采集信号(电压V)进行判断。
[0057] 由于温度因素对水中氟离子浓度的测试至关重要，因此在氟离子电极51检测时，系统中的温度采集单元4也将同步对当前待测液的温度进行测量，温度采集单元4中的热敏电阻传感器41经恒流源电路42驱动后，输出信号，该信号经第二低通滤波电路43调理后，传送至微处理器单元1内置的16位AD转换器进行采集。
[0058] 使用时，可通过人机交互单元2中的键盘21选择不同的工作模式(校正或测试，分别通过自动校正按钮和测试按钮实现)，测试结束后系统采集及计算结果将通过液晶显示模块22显示出来。
[0059] 本发明氟离子电极单元采用差分双路(氟离子电极信号和基准电压信号)同步采集模式，大大加强了本发明所检测结果的精度；设置了加热搅拌单元，可大大加快离子缓冲溶液滴入后水溶液的平衡时间，加快反应时间，提高测试速率，节省工作时间。本发明通过八大部分的巧妙配合和合理安排，加上微处理器单元内置的高精度带温度智能补偿的定量计算算法，可实现氟离子电极和温度补偿方程的精确校正，并自动实现氟离子浓度的自动计算与温度补偿功能，方便快捷的实现水中氟离子的野外快速高精度检测。另外，人工交互单元中键盘中设置了自动校正按钮和测试按钮，便于用户根据需要准确快捷的选取测试模式，更好的满足客户的使用需求。
[0060] 本发明还提出一种采用所述水中氟离子快速检测系统对水中氟离子进行快速检测的方法，具体步骤如下：
[0061] 氟离子电极校正：依次对0.2mg/l、0.6mg/l、1mg/l、2mg/l和4mg/l五种不同浓度标准液进行测量，计算校正模块通过最小二乘法绘制出氟离子电极单元所测电压值与氟离子浓度的线性曲线；
[0062] 温度补偿方程校正：依次对至少3种不同温度下的0.2mg/l、0.6mg/l、1mg/l、2mg/l和4mg/l五种不同浓度标准液进行测量，温度补偿校正模块绘制出五条同种浓度标准液氟离子电极单元所测电压值与温度采集单元所测温度T的线性曲线，得出对应的五个校正值并求出其平均值，将平均值带入温度补偿方程；
[0063] 现场取样：取50ml样品待测；
[0064] 调PH值：向待测液中滴加离子缓冲溶液剂，并通过加热搅拌装置搅拌均匀，直至溶液pH值调节到5～8左右；
[0065] 测量分析：氟离子电极单元进入待测液，氟离子电极单元和电压调整单元同时工作，将所检测到的信号传送至微处理器单元，同时温度采集单元对待测液温度进行测量；计算出氟离子电极单元所测电压值V，将V带入氟离子电极校正步骤中绘制的氟离子电极输出电压与氟离子浓度的线性曲线中，并根据温度采集单元所测温度T对曲线进行温度补偿后得到待测液在当前温度下的氟离子浓度值；
[0066] 显示：将计算得到的氟离子浓度和温度值输出在人机交互单元显示。
[0067] 其中，调PH值步骤中，离子缓冲溶液为0.2mol/l柠檬酸钠或1mol/l硝酸钠；氟离子电极和温度补偿方程校正步骤及采集数据步骤中，每次测试前需用去离子水反复冲洗氟离子电极，冲洗时间为30～40秒。
[0068] 计算步骤中，R25至少小于R28的100倍，氟离子电极电压信号解析方程可化简为V4＝1/2(V3+V)，则V＝2V4-V3；温度补偿方程校正步骤中，温度补偿方程为V1＝V+(0.5+a)(T-
20)，V1为氟离子电极单元所测电压值通过温度补偿后的值，V为氟离子电极单元所测电压值，a为校正值，由温度补偿校正模块通过最小二乘法算出，T为所述温度采集单元所测温度。
[0069] 氟离子电极长时间放置不用将电极干燥放置即可，初次使用需用去离子水浸泡一小时左右，在平时使用频率较高的测量过程中用1ppm的标准液浸泡。
[0070] 为了验证本发明的检测系统及方法的准确性，我们对电极稳定性进行了验证，并探索出了氟离子电极所对应的温度补偿方程。首先我们配置了浓度依次为0.2mg/l、0.6mg/l、1mg/l、2mg/l和4mg/l的标准液(50ml)，配置方法为：
[0071] (1)使用1000ppm的标准液，通过稀释得到10mg/l的标准液；
[0072] (2)用移液管分别量取1ml、3ml、5ml、10ml和20ml的氟离子标准液，然后分别加入10ml的离子强度调节剂，最后分别加入去离子水定容到50ml。
[0073] 之后测试了20℃条件下不同氟离子电极所测电压值(如表1所示)，和1号电极在多次测得不同浓度标准液的电极输出电压(如表2所示)：
[0074] 表1 20℃条件下不同氟离子电极所测电压值
[0075] 0.2mg/l 0.6mg/l 1mg/l 2mg/l 4mg/l
1号电极 110.9mV 84.0mV 71.0mV 53.7mV 35.9mV
2号电极 95.6mV 67.8mV 54.5mV 36.9mV 19.4mV
[0076] 表2 1号电极多次对不同标准液的电极输出特性
[0077] 0.2mg/l 0.6mg/l 1mg/l 2mg/l 4mg/l
1 109.4mV 83.6mV 70.6mV 52.8mV 34.5mV
2 110.9mV 84.0mV 71.0mV 53.7mV 35.9mV
3 109.4mV 83.4mV 70.7mV 51.8mV 35mV
4 110.6mV 84mV 69.8mV 51.6mV 34.8mV
[0078] 由表1和表2中数据对比可知，同一氟离子电极的重复性表现良好，多次测量的平均误差不超过4％。不同氟离子电极在测量不同浓度标准液时，所测结果通过最小二乘法绘制出的氟离子电极输出电压与氟离子浓度的线性曲线形状一致，但与坐标轴的交点不同，因此不同氟离子电极所对应的线性曲线所需校正值不同。如1号电极所测数据建立的线性曲线对应方程为y＝-0.0173x+1.2132，其中y为氟离子浓度对数，x为氟离子电极输出电压；而2号电极所测数据建立的线性曲线对应方程为y＝-0.0173x+0.9398。通过氟离子校正步骤后，完全可以实现水中氟离子浓度的精确测量。
[0079] 为验证本发明检测系统和方法的可靠性，我们使用本发明检测方法和现有技术滴定法对三种不同浓度的标准液、河北某地和河南某地水样的氟离子含量进行了快速检测实验，结果如表3所示。
[0080] 表3本发明方法及滴定法检测不同浓度的标准液和不同地区水中氟离子浓度情况对比
[0081] 本发明所测浓度 本发明测试时间 滴定法 滴定法测试时间
0.2ml/l标准液 0.21 3min 0.18 10min
1ml/l标准液 1.05 3min 0.92 8min
4ml/l标准液 4.09 3min 3.82 9min
河北1 1.00 3min 0.90 9min
河北2 1.15 3min 1.10 8min
河北3 1.09 3min 1.05 7min
河南1 2.10 3min 1.83 10min
河南2 1.92 3min 1.87 9min
河南3 2.56 3min 2.49 11min
[0082] 分析上表数据可知，在本发明方法与滴定法的对比实验中，采用本发明方法的检测结果更加接近于标准液值，相对误差≤5％。采用本发明方法所测数据与室内滴定法测试数据较为接近，均在合理范围之内。另外采用本发明方法测试时间仅为滴定法测试所需时间的30％左右，大大提高了测试的工作效率。这是由于测试过程中，本发明检测系统自带加热搅拌装置能够加速PH值调节步骤中水溶液平衡过程，缩短测量时间，且不会对浓度产生本质的影响，野外测量中可通过手的晃动加速平衡时间，且浓度越高平衡越快，一般仅需2分钟便可平衡，同时也避免了过多离子缓冲溶液滴入，影响测量结果。本发明检测系统在整个的使用过程中表现稳定，适合水工环野外地质调查快速、便携式、低功耗测量仪器的要求。
[0083] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
