论文部分内容阅读
海洋酸化是当今海洋科学研究热点之一,其最直观的表现是海水pH与碳酸根离子浓度的长期下降趋势。海洋酸化改变了海水原本的碳酸盐体系平衡,为描述这一过程,海洋科学工作者通常测定二氧化碳分压(partial pressure of C02,pCO2)、pH、溶解无机碳(dissolved inorganic carbon,DIC)和总碱度(total alkalinity,TA)四个参数;碳酸根离子浓度([CO32-])可以通过以上四个参数中的任意两个结合温度、盐度等数据计算得出。在大多数研究中,除pCO2外,海水样品的测定方式仍旧是采集离散样品,在岸上或者船载实验室进行分析。这一过程不仅消耗了大量的人力和时间,也面临着样品在保存与输送过程中可能发生变化等不可预测的问题。因而发展测定海水碳酸盐体系参数的自动化仪器,获取实时在线数据将有助于海洋酸化和海洋碳循环研究。目前为止,所有碳酸盐体系参数均可以用分光光度法进行测定,易于实现自动化测定。为提升现有仪器的多样性、可靠性和经济性,本论文针对海水pH和碳酸根离子这两个参数的测定,设计出自动分析仪器并进行测试与应用。主要研究内容总结如下:(1)研制出海水pH自动分析仪器,测定依据的化学原理为pH指示剂--可见分光光度法。仪器通过注射泵和多位阀输送液体,利用LED为光源,电荷耦合器件(CCD)光谱仪为检测器进行光度测定。根据间甲酚紫指示剂与海水样品混合溶液在特定波长下的吸光度值,计算出海水样品的pH值。实验室测试表明,该仪器精密度为～0.001。仪器用于在线观测珊瑚饲养缸中海水的pH变化规律,5天内运行正常,通过与TA和DIC计算出的pH相比较,测定结果的偏差为-0.015±0.014(n=38)。(2)在第一部分工作的基础上,使用与pH自动分析仪器类似的流路设计并结合紫外光度法,研制出碳酸根离子自动分析仪器。根据Pb(II)和海水混合溶液在紫外区的吸收光谱,可以计算出海水样品的碳酸根离子浓度。实验室测试表明,该仪器测定人工海水样品的精密度为1.1%(n=13)。在珊瑚饲养缸的现场观测实验中,仪器测定结果与TA和DIC计算值的偏差为-2.4±15.7 μmol/kg(n=14)。该仪器在南中国海用于近两周的海水表层走航测定及两个剖面离散样品的现场分析,在实验前期测定结果偏差分别为-0.5±5.0 μmol/kg(n=31,走航样品)和2.1±5.7 μmol/kg(n=22,垂直剖面样品),但是实验后期偏差有增大趋势。航次后针对此现象的可能原因进行了分析,发现通过优化测定程序和仪器现场校正可以提高数据质量。