[发明专利]一种环流式原位高精度海水pH测量装置和测量方法

说明书

本发明提供了一种环流式原位高精度海水pH测量装置及测量方法，装置包括流体流通装置及信号检测装置；所述流体流通装置，包括指示剂袋、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、流通池、蠕动泵、脉冲泵及流体管路；当第二三通阀与第三三通阀连通时，所述第二三通阀、第三三通阀、蠕动泵及流通池形成闭合回路；所述光路检测装置，包括LED灯组、滤光片组、光纤分束器、光纤及光电二极管；LED灯发出的光，经滤光片组滤光后，通过光纤和光纤分束器进行传播；光纤分束器导出两束光，一束由光纤导入流通池后进入光电二极管，另一束光直接由光纤导入光电二极管。本发明的装置形成环流分析，海水和指示剂可以在闭合环路中完全混合，从而提高了测量系统的精密度。

技术领域

本发明属于海洋化学监测技术领域，具体地说是涉及光度法和环流分析技术测定海水pH值的方法。

背景技术

pH是海水碳酸盐体系的重要参数之一，也是海洋酸化的直接证据。以光度法为基础的原位高精度海水pH传感器测量精度可达到0.001，可以满足海洋酸化和碳循环研究的需要。其工作原理为在测量体系中将海水与指示剂混合，通过测定混合溶液的吸光度来计算海水pH。目前国内外大多基于光度法的原位海水pH传感器处在实验室研发阶段，仅有两款该类型传感器实现了商品化。究其原因，主要是由于该类型传感器普遍存在成本功耗较高、结构复杂、体积大、集成度低、稳定性差造成的。

大多数海水pH测量系统采用氙灯或氘-卤钨灯做光源，光谱仪做检测器，功率较大，多用于船载走航测量，不适合原位测量系统的应用。另外，测量系统普遍采用流动注射分析，指示剂注射入海水流路中，在测量吸光度时流路中的液体并没有完全混合，会对测量的稳定性产生一定的影响。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明论述了一种以光度法和环流分析为基础的高精度海水pH测量装置及测量方法，信号检测装置主要由LED灯和光电二极管组成，成本功耗低，稳定性好；流体流通装置主要由三通阀和蠕动泵组成，结构简单，死体积小，适用于原位现场监测。在环流分析中，海水和指示剂可以在闭合环路中完全混合，从而提高了测量系统的精密度。

本发明的一种环流式原位高精度海水pH测量装置，包括流体流通装置及信号检测装置；

所述流体流通装置，包括指示剂袋、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、流通池、蠕动泵、脉冲泵及流体管路；所述第一三通阀分别与海水进水管、脉冲泵及第二三通阀连接，所述指示剂袋通过脉冲泵与第一三通阀连接；所述第二三通阀分别与第一三通阀、第三三通阀及流通池连接；所述第三三通阀分别与第二三通阀、废液管及蠕动泵连接；当第二三通阀与第三三通阀连通时，所述第二三通阀、第三三通阀、蠕动泵及流通池形成闭合回路；

所述信号检测装置，包括LED灯组、滤光片组、光纤分束器、光纤及光电二极管；LED灯发出的光，经滤光片组滤光后，通过光纤和光纤分束器进行传播；光纤分束器导出两束光，一束由光纤导入流通池后进入光电二极管，另一束光直接由光纤导入光电二极管。

进一步的，所述海水进水管的进水口设置过滤头，所述过滤头为不锈钢或塑料，孔径为0.45-5.0μm。

进一步的，所述指示剂袋和流体管路为隔绝空气的聚四氟乙烯材料，所述指示剂袋体积为200-1000ml，流体管路外径为1-4mm、内径为0.5-2mm。

进一步的，在所述蠕动泵与第三三通阀之间设置流体粗管，外径为3-8mm，内径为2-6mm。

进一步的，所述流通池为Z型，材料为PMMA或PEEK；所述流通池设有流体入口与第二三通阀连接、流体出口与蠕动泵连接、以及光入射口与光纤分束器连接、光出射口与光电二极管连接；所述流通池内光程长度为1-5cm。

进一步的，所述滤光片的半波宽在±5nm之内，采集信号时采用14位或以上的A/D转换器，信噪比高于800:1。