CN112305149A - 一种估算水体溶解性无机碳浓度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种估算水体溶解性无机碳浓度的方法，它涉及估算水体溶解性无机碳浓度的方法，它是要解决现有的水体中溶解性无机碳(DIC)浓度测试方法的测试仪器精度高、材料昂贵、水样前处理过程复杂的技术问题。本发明方法：在水体的采样点采集水样，置于车载冰箱中运送至实验室避光冷藏保存，在运送到实验室的24h内利用中和滴定法测定水体总碱度；将水体碱度代入式DIC＝0.2×Alk+2.6中，估算水体溶解性无机碳浓度。该方法简单，计算出来的DIC值与实测DIC值的比值为0.98，相关性精度较好。可用于水质监测领域、环境评价领域。

Description

一种估算水体溶解性无机碳浓度的方法
技术领域
本发明涉及估算水体溶解性无机碳浓度的方法，属于湖泊、水库、河流等内陆水体水环境评价领域。
背景技术
溶解性无极碳DIC(Dissolved Inorganic Carbon)是海洋及内陆水体CO2***的重要参数，它联系着大气圈、水圈、生物圈和岩石圈之间碳的交换流动过程。近年来，由于大气中的CO2、CH4等物质引起的“温室效应”问题，已经成为国际社会关注的热点问题。科学家预测，到本世纪中叶，大气中的CO2浓度将比工业化前增加1倍，全球变暖加剧，引发冰川融化、海平面上升、城市被淹没等一系列变化，这将对全球生态***和人类生存环境产生深远影响。然而，大气中的CO2与水体中的DIC有着密切的联系，DIC是水体中各种无机碳酸盐CO3 -2(aq)、碳酸氢盐HCO3 -(aq)、碳酸H2CO3(aq)及CO2气体浓度的总和。天然水体中DIC平衡受大气压强、顶部空间及大气分压、溶液温度、溶液pH和各种溶质浓度例如电解质浓度等诸多因素影响，其重要意义在于能影响天然水体的pH，从而决定水体是排放CO2(碳源)还是吸收CO2(碳汇)。另外，它还通过与溶解性有机碳(DOC)之间的转化影响环境污染物质的迁移和降解。因此了解水体DIC组分，研究CO2在水圈和大气圈的转移和归宿及碳循环机制等已经成为当今国际海洋及内陆水体科学研究前沿领域的重要内容。因此，准确、快速、方便地测定出水体中DIC含量，具有重要意义。
现在国内外普遍采用的DIC测定方法有如下几种：重量法、气相色谱法、红外吸收法、碱度计算法和总有机碳分析仪等分析方法，重量法最早出现，由于精度有限，操作复杂已被取代。气相色谱法虽有较高精度，但实验装置的材料及条件要求苛刻，校正计算复杂，未得到广泛应用。红外吸收法精度高稳定性好，但价格昂贵，转置复杂，操作不便，改进后得到改善。碱度计算法是水体中测定DIC的常用方法，但首先需要测出水体的总碱度和碳酸盐碱度，利用差值及热力学原理求算DIC浓度，需要参数较多，计算过程复杂。利用总有机碳分析仪法获得的DIC为中间分析过程与红外吸收法类似。在长期的实践和研究中发现这些方法已不能完全适应新时期的快速监测等科学工作的需要。因此，开发一种新的、便捷的、高效的测量水体DIC浓度的方法已经成为科学研究者们的迫切需要。
发明内容
本发明要解决现有的水体中溶解性无机碳(DIC)浓度测试方法的测试仪器精度高、材料昂贵、水样前处理过程复杂的技术问题，而提供一种估算水体溶解性无机碳浓度的方法，该方法是一种新型的、便捷的、覆盖全类型水体的估算DIC浓度的方法。
本发明的估算水体溶解性无机碳浓度的方法，按以下步骤进行：
一、在水体的采样点，用采水器采集水体表层0.5～1m内的水样，置于车载冰箱中运送至实验室避光冷藏保存，在运送到实验室的24h内利用中和滴定法测定水体总碱度；
二、将水体碱度代入下式中估算水体溶解性无机碳浓度；
DIC＝0.2×Alk+2.6；
其中DIC表示水体溶解性无机碳浓度；
Alk表示水体碱度。
更进一步地，步骤一中所述的水体为湖泊、水库或河流；
更进一步地，步骤一中所述的水样水量为2～3L；
更进一步地，步骤一中所述的利用中和滴定法测定水体总碱度的方法为：水样用0.45μm孔径的过滤器过滤后，加入盐酸调节水样的pH至3～4，煮沸，赶掉CO2；再加入指示剂，以标准碱滴定过量盐酸，即可求出水体碱度。此法稳定可靠，廉价易操作。
更进一步地，指示剂为溴甲酚绿或甲基红；
本发明通过水体的总碱度对DIC浓度进行估算，即只需测定水体的总碱度，就可通过计算得出水体的溶解性无机碳浓度值。方法简单，计算出来的DIC值与实测DIC值的比值为0.98，相关性精度较好，具有较高的可信度。可用于水质监测领域、环境评价领域。
附图说明
图1是实施例1中全国的310个湖泊、水库、河流采样分布图；
图2是实施例1中估算的水体的估算水体溶解性无机碳浓度关系线与DIC的实测值的相关性分析图；
图3是实施例2中估算的水体溶解性无机碳浓度与DIC的实测值的相关性分析图。
具体实施方式
用下面的实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：本实施例的估算水体溶解性无机碳浓度的方法，按以下步骤进行：
一、2018年，对分布在全国的206个湖泊、水库、河流进行采样，采样点分布图如图1所示，每个水体设置2～4个采样点，共计687个采样点，用采水器采集水体表层0.5～1m内的2L水样，置于车载冰箱中运送至实验室避光冷藏保存，在运送到实验室的24h内利用中和滴定法测定水体总碱度，具体的中和滴定法测定水体总碱度的步骤如下：水样经0.45μm过滤后加入过量盐酸，使其pH为3.5，煮沸，赶掉CO2，加入甲基红指示剂以标准碱滴定过量盐酸，即可求出水样总碱度，总碱度用Alk表示；
二、将水体碱度代入下式中估算水体溶解性无机碳浓度；
DIC＝0.2×Alk+2.6；
其中DIC表示水体溶解性无机碳浓度；
Alk表示水体碱度；
得到各水体的估算水体溶解性无机碳浓度，将水体溶解性无机碳浓度随水体碱度变化的关系曲线绘入图2中。
将实施例1中的各水样利用总碳分析仪测定各水样的溶解性无机物浓度(DIC)，步骤如下：将水样经中国半岛工业有限公司生产的孔径为0.45μm的玻璃纤维滤膜过滤，过滤后低温保存，以超纯水作参考水样，采用低温反应管(150℃)，经反应管的水样受酸化而使无机碳酸盐分解成为二氧化碳，其所生成的二氧化碳依次导入非分散红外检测器。该方法检测限为0.3mg/L。每个水样重复测定三次，记录并计算平均值做为该点的溶解性无机碳(DIC)浓度的实测值，也绘入图2中。
使用Microsoft Excel 2017软件将按实施例1估算的水体的估算水体溶解性无机碳浓度关系线与DIC的实测值进行相关性分析，可以看出，实测值数据点在DIC＝0.2×Alk+2.6线两侧均匀分布，R2＝0.96，n＝687，p＜0.001。说明估算值与实测值的相关性精度较好，依据本实施例的方法计算出来的DIC具有较高的可信度。
实施例2：本实施例的估算水体溶解性无机碳浓度的方法，按以下步骤进行：
一、2019年，对分布在全国的104个湖泊、水库、河流进行采样，每个水体设置2～4个采样点，共计344个采样点进行采样，用采水器采集水体表层0.5～1m内的2L水样，置于车载冰箱中运送至实验室避光冷藏保存，在运送到实验室的24h内利用中和滴定法测定水体总碱度，具体的中和滴定法测定水体总碱度的步骤如下：水样经0.45μm过滤后加入过量盐酸，使其pH为3.8，煮沸，赶掉CO2，加入溴甲酚绿指示剂以标准碱滴定过量盐酸，即可求出水样总碱度，总碱度用Alk表示；
二、将水体碱度代入下式中估算水体溶解性无机碳浓度；
DIC＝0.2×Alk+2.6；
其中DIC表示水体溶解性无机碳浓度；
Alk表示水体碱度；
得到各水体的估算水体溶解性无机碳浓度。
将实施例2中的各水样利用总碳分析仪测定各水样的溶解性无机物浓度(DIC)，步骤如下：将水样经中国半岛工业有限公司生产的孔径为0.45μm的玻璃纤维滤膜过滤，过滤后低温保存，以超纯水作参考水样，采用低温反应管(150℃)，经反应管的水样受酸化而使无机碳酸盐分解成为二氧化碳，其所生成的二氧化碳依次导入非分散红外检测器。该方法检测限为0.3mg/L。每个水样重复测定三次，记录并计算平均值做为该点的溶解性无机碳(DIC)浓度的实测值；
使用Microsoft Excel 2017软件将按实施例2估算的水体的估算水体溶解性无机碳浓度与DIC的实测值进行相关性分析，以实测的DIC为横作标，以按实施例2计算的DIC为纵作标，作图得到图3，从图3可以看出，实测值数据点在y＝0.91x+5.51线两侧均匀分布，R2＝0.94，n＝344，p＜0.001，表明平均绝对百分误差(MAPE)仅为30.24％，依据本专利方法计算出来的DIC值与实测DIC值的比值为0.98，相关性精度较好，依据本专利方法计算出来的DIC具有较高的可信度。

Claims (5)

1.一种估算水体溶解性无机碳浓度的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、在水体的采样点，用采水器采集水体表层0.5～1m内的水样，置于车载冰箱中运送至实验室避光冷藏保存，在运送到实验室的24h内利用中和滴定法测定水体总碱度；
二、将水体碱度代入下式中估算水体溶解性无机碳浓度；
DIC＝0.2×Alk+2.6；
其中DIC表示水体溶解性无机碳浓度；
Alk表示水体碱度。
2.根据权利要求1所述的一种估算水体溶解性无机碳浓度的方法，其特征在于步骤一中所述的水体为湖泊、水库或河流。
3.根据权利要求1或2所述的一种估算水体溶解性无机碳浓度的方法，其特征在于步骤一中所述的水样水量为2～3L。
4.根据权利要求1或2所述的一种估算水体溶解性无机碳浓度的方法，其特征在于步骤一中所述的利用中和滴定法测定水体总碱度的方法为：水样用0.45μm孔径的过滤器过滤后，加入盐酸调节水样的pH至3～4，煮沸，赶掉CO2；再加入指示剂，以标准碱滴定过量盐酸，即可求出水体碱度。
5.根据权利要求4所述的一种估算水体溶解性无机碳浓度的方法，其特征在于所述的指示剂为溴甲酚绿或甲基红。
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