人工海水中游離二氧化碳濃度測試新方法

海水中溶解二氧化碳的濃度影響海底生物成因礦物的形成，控制海洋生物的發育和演化，是海洋環境和地質調查中最重要的指標之一。底層海水中游離二氧化碳的濃度對于海底礦產勘探、海洋環境監測、海底沉積物中碳循環乃至全球碳循環的研究都具有重要的學術價值。采用滴定法測定該指標，其范圍在 4 mg/L 至 400 mg/L 之間。但部分海域底部海水游離二氧化碳濃度低于此范圍，因此滴定可能不合適。一種測定海水中游離二氧化碳的方法被提出，名稱為DBS/Henry's Law。DBS/亨利定律間接測定海水中游離二氧化碳的含量，而不是直接用試劑滴定。它簡單、快速、準確，基于質量守恒定律/亨利定律和CO₂溶解機制。這一發現主要為海水中痕量游離二氧化碳濃度的測定提供了新的科學視角。

海水中二氧化碳的溶解過程復雜，不僅涉及氣體溶解的物理變化，還包括一系列化學反應。溶解的二氧化碳在海水中以CO₂、H₂CO₃、HCO₃^? 和 CO₃^2? 四種形式存在，它們的濃度總和即為總二氧化碳（TCO₂）。利用差平衡系統(D.B.S)和亨利定律(Henry’s Law)來間接測定海水中游離二氧化碳的濃度。通過測定封閉平衡系統中的二氧化碳亨利定律常數和原始系統中總二氧化碳的初始值，計算液相中的游離二氧化碳濃度。

實驗包括氣源、真空系統、平衡系統和分析單元。使用恒溫振蕩器和校準標準溶液制備器等設備，確保實驗條件的一致性。實驗設計過程：1、氣源 → 2、原液桶 → 3、真空系統-真空泵 → 4、真空系統-防水錐形瓶 → 5、平衡系統-校準標準溶液制備器 → 6-1、平衡系統-恒溫振蕩器 → 6-2、平衡系統-恒溫振蕩器控制器 → 7、分析單元—二氧化碳分析儀（Picarro G2131-i）8、振蕩器。

 *實驗設計過程示意圖

氣源 (①)：實驗系統的氣體來源，主要包括高純度的氬氣和二氧化碳標準氣體。

儲液桶 (②)：用于準備、存放和轉移人工海水的容器，容量為20升，能承受高達10的大氣壓的壓力。

真空系統：

真空泵 (③)：用于抽真空，使系統達到所需的真空度。

防水錐形瓶 (④)：可能用于收集或處理氣體，通常在真空系統中使用。

平衡系統：

校準標準溶液制備器 (⑤)：作為封閉系統的主要部分，是氣體和液體共存的空間，通過控制閥和管線與傳輸氣袋連接，用于在系統內實現等壓條件下的氣體頭空間轉移。

恒溫振蕩器 (⑥-1)：用于保持系統恒溫并促進氣液充分混合，可以快速達到氣液平衡狀態，最多可同時容納四個校準標準溶液制備器。

恒溫振蕩器控制器 (⑥-2)：控制恒溫振蕩器的工作，包括溫度和振蕩頻率等。

分析單元 (⑦)：由Picarro G2131-i分析儀、真空泵、連接管線、控制閥等組成。通過將Picarro G2131-i分析儀的入口連接到校準標準溶液制備器的氣體出口，可以實時測定頭空間氣體中二氧化碳的濃度。

振蕩器 (⑧)：用于保持實驗過程中的振蕩動作。

實驗材料與試劑：使用實驗室配制的人工海水、高純度氬氣和二氧化碳標準氣體。

實驗測定了不同溫度（3-20°C）和不同鹽度（32、33、34和35‰）條件下人工海水中二氧化碳的亨利定律常數。展示了不同條件下的亨利定律常數值（單位為kPa）。詳細數據見下表：

該方法可以作為現有國家和行業標準方法的補充，具有廣泛的實際應用價值。