[发明专利]基于光度法的船载式pH和pCO2测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于光度法的船载式pH和pCO₂测量装置及测量方法，所述装置包括前处理装置及测量装置；所述前处理装置包括潜水泵、海水采集管路、海水排出管路、海水样品槽、过滤头、和第一恒温水浴槽；所述测量装置包括海水进样管路、指示剂袋、指示剂进样管路、三通阀、蠕动泵、混合器、Teflon AF2400管路、流通池、排废管路、微型氘‑卤钨灯、光谱仪、空气恒温箱和第二恒温水浴槽。该测量装置可以分别检测海水pH和pCO₂，解决了海洋碳酸盐体系测量过程繁琐复杂，功耗成本高的问题，同时该测量装置以光度法为基础，测量精度高，可广泛应用于传感器。

技术领域

本发明属于海洋化学分析领域，涉及基于光度法的船载式高精度海水pH和 PCO₂测量系统和分析方法。

技术背景

要了解并探究海洋酸化和海洋碳循环问题，需要对海洋碳酸盐体系进行系统的研究。pH、溶解无机碳(DIC)、碱度(TA)和二氧化碳分压(pCO₂)是碳酸盐体系的四个基本参数，也是研究碳循环和海洋酸化的重要因素。通过已知的两个参数，可以计算碳酸盐体系的另外两个参数。然而目前无论是在热点研究海区或是近岸海域，均缺乏可用于碳酸盐体系研究的长期观测数据。海洋酸化和碳循环的研究对测量精度提出了更高的要求，因此目前急需可以高精度测量海洋碳酸盐体系的自动化监测设备。目前可用于船载或原位观测碳酸盐体系的较为成熟的常规传感器仅为pH和pCO₂传感器。普通的pH电极测量精密度一般为0.01，无法满足碳酸盐体系研究需要。多数pCO2传感器以红外检测技术为基础，在测量过程中会出现基线漂移，需要经常校准

光度法是高精度检测海水pH和pCO₂的理想方法，其测量精度可分别达到 0.002和1μatm。以光度法为基础的海水pH和pCO₂自动测量系统操作简单快速，无需使用校准液进行校准，适合现场测定，其测得的数值的精度均符合海洋酸化和碳循环研究的测量要求。本专利在光度法的基础上阐述了一种船载式高精度检测海水pH和pCO₂的自动测量系统和分析方法，可分别进行pH和pCO₂的检测，利用测得的两个参数，可推算碳酸盐体系中的TA和DIC参数，大大简化了海洋调查的难度和工作力度。

发明内容

针对现有测量技术存在的不足，本发明提供了一种基于光度法和流动注射分析技术的高精度海水pH和pCO₂的测量系统和分析方法，可分别进行pH和pCO₂的检测。测量海水pH时，将一定体积的指示剂与海水混合，通过测量混合溶液的吸光度来计算pH值；测量海水pCO₂时，指示剂和半透膜外界海水中的CO₂达到平衡后，测定其吸光度得到指示剂pH值，然后根据指示剂溶液和碳酸盐体系的电离、水解平衡关系得到海水pCO₂。该测量装置可以解决现有测量技术精密度低，测量过程繁琐复杂，功耗成本高的问题，可广泛应用于传感器。

本发明的一种基于光度法的船载式pH和pCO₂测量装置，包括前处理装置及测量装置；所述前处理装置包括潜水泵、海水采集管路、海水排出管路、海水样品槽、过滤头和第一恒温水浴槽；所述过滤头位于样品槽内，所述样品槽位于第一恒温水浴槽内，所述样品槽分别与海水采集管路及海水排出管路连接，所述潜水泵设置于海水采集管路的进口端；所述测量装置包括与过滤头连接的海水进样管路；依次连接的第一指示剂袋、第一指示剂进样管路、第一三通阀、第一蠕动泵、混合器；依次连接的第二指示剂袋、第二指示剂进样管路、Teflon AF2400 管路、第二蠕动泵；流通池及分别与其连接的第二三通阀、排废管路、微型氘- 卤钨灯、光谱仪；空气恒温箱和第二恒温水浴槽；所述Teflon AF2400管路浸没于海水样品槽内；所述第一三通阀分别与海水进样管路、第一蠕动泵、第一指示剂进样管路连接；所述第二三通阀分别与混合器、第二蠕动泵、流通池连接；所述微型氘-卤钨灯及光谱仪通过光纤与流通池连接。