【摘要】：海洋酸化是當(dāng)今海洋科學(xué)研究熱點(diǎn)之一,其最直觀的表現(xiàn)是海水pH與碳酸根離子濃度的長期下降趨勢。海洋酸化改變了海水原本的碳酸鹽體系平衡,為描述這一過程,海洋科學(xué)工作者通常測定二氧化碳分壓(partial pressure of C02,pCO2)、pH、溶解無機(jī)碳(dissolved inorganic carbon,DIC)和總堿度(total alkalinity,TA)四個參數(shù);碳酸根離子濃度([CO32-])可以通過以上四個參數(shù)中的任意兩個結(jié)合溫度、鹽度等數(shù)據(jù)計算得出。在大多數(shù)研究中,除pCO2外,海水樣品的測定方式仍舊是采集離散樣品,在岸上或者船載實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。這一過程不僅消耗了大量的人力和時間,也面臨著樣品在保存與輸送過程中可能發(fā)生變化等不可預(yù)測的問題。因而發(fā)展測定海水碳酸鹽體系參數(shù)的自動化儀器,獲取實(shí)時在線數(shù)據(jù)將有助于海洋酸化和海洋碳循環(huán)研究。目前為止,所有碳酸鹽體系參數(shù)均可以用分光光度法進(jìn)行測定,易于實(shí)現(xiàn)自動化測定。為提升現(xiàn)有儀器的多樣性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性,本論文針對海水pH和碳酸根離子這兩個參數(shù)的測定,設(shè)計出自動分析儀器并進(jìn)行測試與應(yīng)用。主要研究內(nèi)容總結(jié)如下:(1)研制出海水pH自動分析儀器,測定依據(jù)的化學(xué)原理為pH指示劑--可見分光光度法。儀器通過注射泵和多位閥輸送液體,利用LED為光源,電荷耦合器件(CCD)光譜儀為檢測器進(jìn)行光度測定。根據(jù)間甲酚紫指示劑與海水樣品混合溶液在特定波長下的吸光度值,計算出海水樣品的pH值。實(shí)驗(yàn)室測試表明,該儀器精密度為～0.001。儀器用于在線觀測珊瑚飼養(yǎng)缸中海水的pH變化規(guī)律,5天內(nèi)運(yùn)行正常,通過與TA和DIC計算出的pH相比較,測定結(jié)果的偏差為-0.015±0.014(n=38)。(2)在第一部分工作的基礎(chǔ)上,使用與pH自動分析儀器類似的流路設(shè)計并結(jié)合紫外光度法,研制出碳酸根離子自動分析儀器。根據(jù)Pb(II)和海水混合溶液在紫外區(qū)的吸收光譜,可以計算出海水樣品的碳酸根離子濃度。實(shí)驗(yàn)室測試表明,該儀器測定人工海水樣品的精密度為1.1%(n=13)。在珊瑚飼養(yǎng)缸的現(xiàn)場觀測實(shí)驗(yàn)中,儀器測定結(jié)果與TA和DIC計算值的偏差為-2.4±15.7 μmol/kg(n=14)。該儀器在南中國海用于近兩周的海水表層走航測定及兩個剖面離散樣品的現(xiàn)場分析,在實(shí)驗(yàn)前期測定結(jié)果偏差分別為-0.5±5.0 μmol/kg(n=31,走航樣品)和2.1±5.7 μmol/kg(n=22,垂直剖面樣品),但是實(shí)驗(yàn)后期偏差有增大趨勢。航次后針對此現(xiàn)象的可能原因進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)通過優(yōu)化測定程序和儀器現(xiàn)場校正可以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P734.4
【圖文】：

圖１－２邋２５°Ｃ時不同［ＣＯ〗＿］的海水基底中（Ｓ＝３５．７）的Ｐｂ（ＩＩ）光譜［２９］逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｐｂ（ＩＩ）邋ｓｐｅｃｔｒａ邋ｉｎ邋ｓｅａｗａｔｅｒ逡逑ａｔ邋Ｓ＝３５．７邋ａｎｄ邋２５邋°Ｃ邋ｆｏｒ邋ａ邋ｒａｎｇｅ邋ｏｆ邋［ＣＯｆ］邋［２９］逡逑將Ｐｂ（ＩＩ）加入海水中，Ｐｂ（ＩＩ）與ＣＯｆ存在絡(luò)合解離平衡，解離平衡常數(shù)灼由下式表述：逡逑＿［Ｐｂｃ0ｎ＿邐（］邋１９）逡逑Ａ＿［ｐｂ”Ｔ［ｃ0ｒ］逡逑其中，灼與溫度、鹽度和壓力有關(guān)，［Ｐｂ２＋］Ｔ為Ｐｂ（ＩＩ）中除ＰｂＣ０〖的所有形態(tài)，逡逑括游離態(tài)Ｐｂ２＋、與氯離子絡(luò)合態(tài)ＰｂＣｌｘ等，上式與朗伯－比爾定律相結(jié)合得出：逡逑ｒ邋＝人２５０邋＝邋２５０邋ＳＰｂ邋＋２５０邋ＳＰｂＣ０３邋Ｘ邋Ａ邋Ｘ邋［Ｃ0３邋］邐（邋１－２０）逡逑八２３４邐２３４邋ＳＰｂ邋＋２３４邋ＳＰｂＣ０３邋Ｘ邋Ａ邋Ｘ邋［Ｃ0３邋］逡逑在上式中，２３４ＳＰｂ和２５0ｓｐｂ分別表示［Ｐｂ２＋］Ｔ在２３４邋ｎｍ和２５０邋ｎｍ處的摩爾吸數(shù)，２３４￡ｐｂｃ0３和２５0￡ｐｂｃ0３分別表不ＰｂＣＯ〗在２３４邋ｎｍ和２５０邋ｎｍ處的摩爾吸光系逡逑

逡逑ｐＨ的劇烈變化（如圖１－３）。逡逑８．６邐逡逑．邐？邐ｐＨＴ邋ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ逡逑８－５邋＿邐。ｐＨＮＢＳ邋ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｉｃ邐產(chǎn)氣逡逑８－４邐0逡逑ｉ：：：邋Ｗ．逡逑ｓ：：＾Ｗｖ；逡逑７．９邋－邐ｆ逡逑邐＞邐＼邐ｉ邐逡逑１４．０７．２０１０邐１４．０７．２０１０邐１５．０７．２０１０邐１５．０７．２０１０邐１５．０７．２０１０逡逑１４：００邐２０：００邐０２：００邐０８：００邐１４：００逡逑Ｄａｔｅ逡逑圖１－３在２４邋ｈ內(nèi)分光光度法測定的ｐＨＴ與電極所測ｐＨＮＢＳ的比對［３８］逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｏｐｔｉｃａｌｌｙ邋（ｔｏｔａｌ邋ｓｃａｌｅ）邋ａｎｄ邋ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ邋（ＮＢＳ邋ｓｃａｌｅ）逡逑ｍｅａｓｕｒｅｄ邋ｐＨ邋ｖａｌｕｅｓ邋ｆｏｒ邋ａ邋ｓｅｌｅｃｔｅｄ邋ｐｅｒｉｏｄ邋ｏｆ邋２４邋ｈ邋R[逡逑數(shù)據(jù)的空間分辨率對于Ｃ０２源匯格局的研宄具有重要意義。Ｊｉａｎｇ等［３９］通過逡逑六個航次獲取了美國南大西洋海岸線（Ｓｏｕｔｈ邋Ａｔｌａｎｔｉｃ邋Ｂｉｇｈｔ，邋ＳＡＢ）的；？（：０２高分逡逑辨率走航數(shù)據(jù)，結(jié)果表明ＳＡＢ以每年０．４８±０．２１邋ｍｏｌ／ｍ２的速率吸收Ｃ０２，而之前逡逑研宄由于缺乏足夠的空間與季節(jié)覆蓋率，ＳＡＢ被認(rèn)為是Ｃ０２的源［＜４１］。走航觀逡逑測技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用將極大提高我們對碳循環(huán)研宄和海洋生物地球化學(xué)過程的逡逑認(rèn)識。逡逑１．３．２儀器研發(fā)進(jìn)展逡逑如１．２中所述，ｐＨ和ＣＯ〗—均可以用分光光度法進(jìn)行測定，二者測定方法簡逡逑單、精密度高、易于自動化

檢測器和光源是ｐＨ走航測定儀器的核心部件，用于測定加入酸堿指示劑后逡逑水的吸光度，進(jìn)而計算ｐＨ。在表１－２所列研究中，楊波［５１］通過順序點(diǎn)亮三個逡逑ＥＤ燈的方式，達(dá)到了使用單個光電二極管進(jìn)行多波長檢測目的；１＾１１￡出７等［４６］逡逑接采用商品化的分光光度計，其余研宄均采用商品化的電荷耦合器件逡逑（ｃｈａｒｇｅ－ｃｏｕｐｌｅｄ邋ｄｅｖｉｃｅ，邋ＣＣＤ）檢測光信號。在光源的選擇上，ＬＥＤ燈具有體積逡逑、成本低、壽命長、光強(qiáng)穩(wěn)定等優(yōu)勢，在ｐＨ走航分析中己逐漸替代傳統(tǒng)的鹵逡逑燈。逡逑ｐＨ走航測定儀器中流通池的制作材質(zhì)多種多樣，其光程范圍從１邋ｃｍ至ＩＪ逡逑５邋ｃｍ。目前，尚未有研究比較各材料的差異及相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)。通常光程越小，逡逑入的指示劑量會相應(yīng)增大以獲得較大的吸光度，進(jìn)而提高測定精密度；但是指逡逑劑對海水的千擾效應(yīng)也會增大。流通池設(shè)計時需考慮氣泡干擾、樣品體積等問逡逑；體積較大的流通池可嵌入溫度探頭、攪拌磁子等（圖１－４）。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 薛有惠;海水總堿度走航分析系統(tǒng)的研制[D];廈門大學(xué);2014年

本文編號：2795705