[发明专利]一种高精度原位检测海水pH的测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于环境化学监测技术领域，具体涉及一种高精度原位检测海水pH的测量装置及测量方法。

背景技术

pH可以反映水体的酸碱状态，是定量描述海洋化学特征的最重要参数之一。实时追踪海洋现场pH的变化可以评估未来海洋酸化加强后对生态系统的影响，还可以反映大气CO₂浓度的变化，进而深入对全球碳循环的理解。因此获取高精度的pH值结果，是了解海洋酸化和碳循环的前提条件。然而海洋酸化是一个缓慢的过程，平均每年海水pH值下降为0.002，同时利用pH值准确定量描述碳酸盐体系，pH值测量精度需要达到0.001，因此对pH测定精度提出了更高要求。然而目前测量海水pH值普遍应用的方法是电极检测法，测量精度较低，最低只能达到0.005，另外电极检测法存在电位漂移问题，无法实现海水pH的现场快速检测。

光度法测量海水的精度可达0.0004，已经逐步成为测量海水pH的标准方法，以光度法为基础的高精度原位海水pH传感器测量精度达到0.001、能耗低、体积小、性能稳定、自动化程度高，成为海洋领域的研究热点之一。其核心技术为将海水和指示剂按照一定比例混合，根据测得的吸光度计算海水pH值。目前大多数传感器处在实验室研发阶段，普遍存在成本功耗较高、测量所需时间较长、结构复杂、体积大、集成度低等缺陷，只有少数实现了商品化，没有得到真正意义的推广。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种高精度原位检测海水pH的测量装置及测量方法，本发明以光度法和流动注射分析为基础，能够实现原位和剖面高精度检测海水的pH值，可以解决现有技术存在的不足，缩短测量时间，简化分析程序，降低功耗和成本，提高集成度，可广泛应用于传感器。

为了达到解决上述技术问题的目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种高精度原位检测海水pH的测量装置，它包括水路组件、光路组件、电路控制系统和计算机处理系统；

所述水路组件包括指示剂袋、指示剂泵、海水泵、三通、流体管路、混合器、流通池和排废管路；所述三通有两个进口和一个出口，所述两个进口分别与指示剂泵和海水泵连接，所述出口依次与流体管路、混合器、流通池连接，所述流通池还连接有排废管路；

所述光路组件包括LED光源、针对LED光源波长的滤光片、光纤、光纤分束器和光电二极管；

所述LED光源、指示剂泵、海水泵和光电二极管分别与电路控制系统连接；

所述电路控制系统与所述计算机处理系统连接。

对上述技术方案的进一步改进，所述指示剂泵为微量泵，海水泵为蠕动泵。

对上述技术方案的进一步改进，所述流通池为Z型流通池，材料为POM或者PEEK，流通池设有流体入口、流体出口以及光入射口和光出射口。

对上述技术方案的进一步改进，所述LED光源为三个特定波长LED灯，所述三个特定波长分别为指示剂在酸态和碱态最大吸收峰处波长以及指示剂不吸收处波长。

对上述技术方案的进一步改进，所述光纤为直径为400-1000μm的多膜光纤。

本发明还提供了利用所述的测量装置进行剖面和定点海水pH值检测的检测方法，所述方法包括下述步骤：

(1)进行吸光度比值R的校正

当剖面检测时，选取一系列不同pH的海水样品，首先利用海水泵将海水样品以一定流速泵入流体管路中，检测流通池内空白光强后，启动指示剂泵将指示剂按一定流速泵入至流体管路中，指示剂泵和海水泵持续工作使两种液体混合，液体流速之比为混合体积之比，检测流通池内混合溶液的光强，计算吸光度以及吸光度比值R；然后指示剂泵改为之前所述流速的两倍，再次检测该海水样品与指示剂混合溶液的吸光度以及吸光度比值R’；R’和R两者之差为ΔR，重复测量系列中其他海水样品，测得一系列的R值与ΔR值后，通过线性拟合得到R值的校正值R_corr的校正公式ΔR＝a+bR，校正后的吸光度比值R_corr＝R-(a+bR)；