手提式水質總硬度分析儀的工作原理

水質總硬度（以碳酸鈣計，單位mg/L）主要反映水中鈣、鎂離子的總量，是評價水質結垢傾向、工業適用性及生活飲用安全的核心指標。手提式總硬度分析儀憑借其便攜性與快速檢測能力，已成為環境監測、水廠運維和家庭水質評估的重要工具。其核心工作原理可概括為以下三個層面：

一、化學顯色反應：從離子到顏色信號

儀器通過預置的比色法試劑（如含有金屬指示劑的緩沖溶液）與水樣發生特異性反應。當水樣中的鈣離子和鎂離子接觸試劑時，會生成穩定的有色絡合物。例如：

紫紅色絡合物：常用試劑如Calmagite（1-(1-羥基-4-甲基-2-苯偶氮)-2-萘酚-4-磺酸）在pH=10環境下與鎂離子結合，生成在525 nm波長處有強吸收的紫紅色產物；

顏色深度關聯濃度：顯色強度與鈣鎂離子總量呈正相關，濃度越高，顏色越深，為光學定量奠定基礎。

二、光學定量分析：從顏色到電信號

儀器內置的光電檢測系統基于朗伯-比爾定律（Lambert-Beer Law） 實現濃度轉換：

光源發射：單色LED（通常為470 nm或525 nm）發射特定波長的入射光（強度），穿透裝有顯色水樣的比色皿；

吸光度測量：顯色溶液選擇性吸收部分光能，透射光強度（I）被硅光電池捕獲，轉化為電流信號；

濃度計算：微處理器依據公式 A = log(I?/I) = ελcd（其中ε為摩爾吸光系數，c為濃度，d為光程）自動計算總硬度值。

三、無繩化與智能設計：便攜與精準兼顧

現代儀器通過三類設計提升實用性：

無繩供電：采用9V鋰電池驅動光學與計算模塊，擺脫現場電源限制，單次充電可支持上百次檢測；

抗干擾優化：雙光束比色計設計（如部分高端型號）可補償環境光波動，提高戶外測量的穩定性；

智能校準：預存EPA標準曲線，并支持用戶通過標準液校準，誤差可控制在±5%以內（0–250 mg/L量程）。

技術延伸：部分新型號集成藍牙傳輸功能，可將數據實時同步至手機APP，結合GPS定位生成水質分布熱力圖。

應用場景與操作流程

此類儀器適用于自來水廠進水篩查、工業循環水硬度監控、家庭凈水器效能驗證等場景。典型操作僅需四步：

取水樣注入比色皿；

加入預制試劑并搖勻顯色；

插入儀器光路槽讀數；

讀取LCD屏顯示的硬度值。

手提式無繩總硬度分析儀將傳統比色化學與現代光電技術融合，其設計本質是通過顯色反應將離子濃度轉化為光信號，再通過光電轉換與算法解析為數字結果。隨著微光學元件與低功耗芯片的發展，未來設備將進一步向“試劑預封裝化”和“檢測微型化”演進，成為守護水質安全的“掌中實驗室”。