海水pH的测定.doc

文章编号:
海水pH的测定
江宗培戴民汉* 郑楠
(厦门大学近海海洋环境国家重点实验室,福建厦门 361005)
摘要:pH指示着海水的酸碱状态,是表征具有重要生物地球化学意义的海洋碳酸盐体系的重要参数之一。本文综合pH的基本概念、测定方法及其应用,较为系统介绍了海水pH的不同标度及其换算方法;并阐述了两种pH测定方法的原理及其优缺点,包括使用电极测定的电位法和使用指示剂的光度测定法;同时简要描述了pH测定在淡水和河口水体研究中的应用,以及相关仪器的研发进展和应用前景。
关键词:pH,海水,pH标度,碳酸盐,电极法,光度法
中图分类号:(Times New Roman) 文献标识码:A
绪论
pH是衡量海水酸碱状态和定量描述海洋化学的最重要参数之一。海洋自身就是一个巨大的酸碱平衡体系和缓冲系统,其pH主要受控于碳酸盐缓冲体系[1]。海洋中许多物质的化学性质、存在形态及转化都受pH的调控或影响,如,痕量元素的存在形态,矿物质的溶解度、溶解动力学、化学分解和吸附、生物可利用性、平衡动力学等[2]。与此同时,海洋中的许多生物地球化学过程,例如光合/呼吸作用、钙化作用、硝酸盐同化、铁镁离子还原等,也改变着海水的pH[3]。
工业革命以来,人类活动导致CO2等温室气体排放急剧增加,随之引起的全球变化以及相关联的生态效应已经引起人们极大的关注[4]。海洋是重要的碳储库,约吸收30%的人为CO2,对缓冲大气CO2浓度的升高具有重要作用[5, 6]。与此同时,海洋对CO2的吸收也影响着海水碳酸盐缓冲体系1海水碳酸盐体系包含四个基本参数:溶解无机碳(Dissolved anic Carbon,一般简写为DIC,TCO2),碱度(Total Alkalinity, 简写为TA,TAlk),pH,二氧化碳分压(partial pressure of CO2,简写为pCO2)。利用化学解离平衡结合温盐等参数,由已知的任意两个碳酸盐体系参数即可计算出其余二者;当测定参数大于两个时,理论计算可以作为测定结果的质控。
,导致海水CO2分压升高,酸度增加,pH值降低,从而引起海洋酸化[7]。人为CO2的入侵已经改变了表层海水的pH并逐渐向海洋深部入侵,海洋酸化所引发的海水化学和生物环境的变化将显著影响一些海洋生物(如珊瑚、软体动物和一些浮游生物)的生存,并可能影响海洋生态系统平衡和生物多样性[8, 9]。
pH是海洋酸化的指针参数,也是描述和表征海水碳酸盐体系的基本参数之一[10-12]。对海水pH的测量及其变化的连续监测有助于深化我们对碳循环和海洋酸化等重要过程的认识和了解。目前海洋酸化所导致的表层海水pH相对于工业革命前降低的幅度平均为 [7];而要利用pH准确定量描述碳酸盐体系,pH测定的准确度需要达到 ,因此对pH测定的准确性和精密度提出了较高的要求。而目前存在多种容易混淆的不同的海水pH标度定义,忽略标度差异也会给相关的测定和计算带来显著的误差。
本文将对pH的概念、测定方法和应用等方面进行系统性介绍,主要内容包括:不同海水pH标度之间的差异及其换算方式,电极法、光度法两种海水pH测定基本方法的原理及优缺点对比,淡水和河口水体中的pH测定,以及与pH相关仪器的研发进展和应用前景。
pH标度(pH scales)及不同海水pH