用改进的红外气体分析仪系统测量在水溶液中溶解的二氧化碳含量

1、用改进的红外气体分析仪系统测量在水溶液中溶解的二氧化碳含量二氧化碳溶解在水溶液中的测定是通过二氧化碳与水的反应形成碳酸（H2CO3）和 阴离子碳酸氢根（HC03-）和碳酸盐（CO 3 2-）。这个反应的结果是水中相互依存的碳 酸（因为只有很小一部分的水和二氧化碳会变成碳酸），hco3 co32-, h+,和oh- 能够保持一个平衡态。碳酸的浓度与在气相中与液相平衡的二氧化碳分压有关公式H2CO 3* = apCO2其中a是在特定温度下在水中二氧化碳的溶解度系数。因此，溶解后的二氧 化碳的测量就是pH值、气相平衡的二氧化碳分压、碳酸盐碱度、温度和溶液的离子强度的 值。任何用于测量二氧化碳溶解在溶

2、液中的方法必须考虑到二氧化碳与水反应的影响。许多 方法已被开发来测量总二氧化碳。间接方法是基于任意两个的下列参数的测量：二氧化碳分 压，pH和碳酸盐碱度。总二氧化碳的直接测量本质上是所需要的酸碳酸氢根和碳酸根离子 转化为CO2,气相和液相的分离，并释放出二氧化碳气体的定量测量。这些方法都需要相 当长的时间或气相色谱设备相对复杂的修改。本报告描述了克莱格发表的一个更为廉价的改 进技木，该技术改进了其他用于测量溶解后的C02的红外气体分析仪。气提塔与由斯温纳 顿所提出的从溶液中除去二氧化碳的方法类似。材料和方法通过将集成微处理器和一个汽提柱对用于测量二氧化碳的快速红外线气体分析仪法进 行了修改。集

3、成的微处理器被调整用来测量的面枳峰值和转换区胞或nmol CO2o q载气 的流量保持在0.6升/分钟。气提塔 用于从样品溶液中除去溶解的CO2的气提塔（图一）是类似的其他系统发布 CO2的气液色谱分析。GSC由一个一厘米直径的玻璃色谱管和一个长为5厘米的玻璃料， 一个标准的可移动隔膜附着在一个45度角1厘米上方的玻璃色谱管上。玻璃和橡胶真空管 连接的GSC和IRGA的采样线。液体或气体样品从1到8000微升注射入使用微量注射 器的GSC （汉密尔顿式）或塑料外科手术式注射器。侧注入附近的玻璃料导致的样品液汽 提气体均匀曝光。使用真空聚焦器通过GSC底部将样本去除（图1）。总二氧化碳和H2CO

4、3 *测量一系列测量之前，IRGA系统是由标准的注射校准。二氧 化碳测量的初始注射0.5ml的0.1摩尔每升的乳酸进气提塔。酸的量和浓度可根据样品的碱 度和体积变化。一般来说，多个测量可以使用一次注射的酸。样品在溶解有二氧化碳的乳酸 被无携带二氧化碳的流速为0.4升每分钟的氮气去除之后注射。样品体枳可根据试样中的近 似SCO2而变化。乳酸的表面活性剂的质量也提高了从溶液中分离气体的效率通过减少在汽 提塔中气泡的体积。两次注射之间的总时间需要1到2分钟或者如果没有被要求重新酸化 就会取消。标准是从1毫摩尔Na2CO3溶液注射微升准备。碳酸测量过程所涉及的GSC 与蒸偏水的初始冲洗，以去除残留的酸

5、性。样品处理是和那些所描述的除了没有酸化的 CO2测量相似。标准是由来自225, 339和635的TD/1二氧化碳分压在已知温度下的商业 制备的标准平衡水溶液用气准备。碳酸消耗的标准曲线的构建:H2CO3=ap CO2其中a是CO2 在蒸循水中的溶解度系数。溶液中已知的二氧化碳分压，pH值和温度被准备和分析。计算 是基于用于计算各个ECO2部件的相应方程。对比是采用由改性红外气体分析仪系统的测量 结果作出的。结果和讨论碳酸钠的注射微升和总二氧化碳含量的标准曲线图是一个在300钠摩尔之前是线性递 增的（图2）。数量超过300钠摩尔的二氧化碳会使红外气体分析仪系统超载，最小的测量 量是300皮摩尔

6、。这种敏感性接近检测限由气液色谱甲烷化技术实现，和至少三个数量级， 比测量总CO2溶解在溶液中的热传导或以前的红外分析仪方法的检出限更敏感。2钠摩尔 的二氧化碳的变异系数为7.1%（n = 10）。对大量的CO2变化系数一般在0.54%（n = 6）。 在本文报道的CO2测定的变异系数与所观察到的由延森的CO2测定眼压仪、氢氧化彻的方 法。H2CO3*标准曲线类似于二氧化碳总量标准曲线。CO2和H2CO3 间的关系的化学平 衡分析表明，一个开放的系统，在H2CO3*应独立ZCO2和pH值测量。这是通过实验总 结在表1中，测试溶液的pH值的变化。从酸化的样品测定的反应比较（CO2）和未酸化样 品

7、（H2CO3*）二氧化碳碳酸酯体系是由一系列的基础上适当的溶质成分平衡的电中性，在 特定的温度和离子强度的平衡常数的平衡浓度方程描述。适当的方程可以用于所有组件，利 用两个或更多的四可测浓度的平衡浓度，解决了参数（pH值，碱度，二氧化碳分压，和 CO2）与相应的平衡常数。表二比较四系统用来计算所有的二氧化碳碳酸溶质成分具有两个 pH值霍格兰营养液浓度的测量。这些结果表明，pH,互换性H2CO3*.和CO2用于确定溶 质成分碳酸。使用本技木的相对误差为二氧化碳和pH值的测量分析表明，最小值为所有组 件的计算将从pH和二氧化碳结合。H2CO3 * CO2的组合可以被用来计算pH值的情况下， 这可能

8、很难在低体积样品。延森概述了采用封闭系统测量根系呼吸的优点。这些系统减少了 用于开放系统中的气体平衡所需要的pH和温度恒定的条件要求。所描述的IRGA方法允许 在二氧化碳溶解在封闭系统中，根系周【韦I的营养液循环变化的快速测量。该方法是无损和额 外的气体经汽提系统删除可以连接其他分析系统的测定分析。该系统还允许捕捉标记的 CO2测定根系呼吸的具体活动。该irga-gsc方法是经常使用的碳运输研究植物对胁迫环境 的反应。MEASUREMENT OF DISSOLVED COtF(G. I. Duigramatic represenunion of the system used to measu

9、re CO in gis ind liquid tamptes.213MEASUREMENT OF DISSOLVED COtF(G. I. Duigramatic represenunion of the system used to measure CO in gis ind liquid tamptes.图一#2s3mLwgMN_02510 2050 100 200 500 1000 2000 500010000COj (ntnol IFig. 2. COa standard curve based on 仙 injections of 1 mM NaCOs. Vertical line

10、s represent the 95% confidence limits for the mean value of six determinations.图二Table I. Effect of Varying the pH on ZCO2 ond 鹿CO/ underConstant pC& Ionic Strength, and TemperaturepCOa 225 jdA I 30 mM, T 歹C. Values represent the means of six detenniiudofis sd.PHZCOa5.097.7 037.9 025.9183 0.311.7 0,

11、56.957.6 0.943.0 QJ7.72.9.0 Z3229.9 32表一0 2 4 6 8Time (mln)Fig. 3. Comparison of acidified and nonaddificd sample peaks. All conditions are similar except for the acidification of the sample, a, Sample mjectio! into OA n lactic add in the GSC- b, Sample injectiofi ifito add- free GSC.图三SCHUMACHER AN

12、D SMUCKERPlant Physiol. Vol 72, 1983Table IL Ccmparijon of Four Methods for Determining the EC02 and Carbonate ComncnU of Hoagland Solution of Known Ionic Strength and Temperature (I 30 mM, T 20 0.1 C) far twe pH LevelsValues for measured parameters represent the means of six determinations.Measured Parameters pH HYO HCOCO广SCO sd17 6 7 14 3 4 Z4.23.25.23.24.22.26.21. .O8.16.O8.O8&.9I.82&pH. pCO2B Hg. ECO? pH, SCO, pH, H/CV17 6 7 1