[发明专利]水中游离二氧化碳及碳酸盐、碳酸氢盐的气相色谱检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水中碳酸盐、碳酸氢盐及游离二氧化碳的检测方法。 

背景技术

二氧化碳是动植物呼吸最主要的产物，有机物质和部分矿物质分解也产生二氧化碳。目前大气中二氧化碳的平均含量约为0.04％体积，二氧化碳(CO₂)在水中主要以溶解气体分子的形式存在但也有很少一部分与水作用成碳酸，通常将二者的总和称为游离二氧化碳。地表水中的二氧化碳主要来源是水和底质中有机物的分解，以及水生物的呼吸作用，亦可从空气中吸收，通常情况下地表水二氧化碳的含量通常都低于10毫克/升，当含量超过40mg/L时，表明水体污染已影响到鱼类的生长。但是地下水，尤其是深层地下水二氧化碳的含量有可能达到几百毫克/升。天然水中含有的游离二氧化碳浓度高于一定值的时候，可与岩石、混凝土中的不溶性碳酸盐反应生成可溶的碳酸氢盐，破坏岩石、混凝土的结构。当二氧化碳与氧共存时，对金属(铁)具有强烈侵蚀作用。因此，对水体进行游离二氧化碳的测定，有着重要的实用意义。 

水中的非游离二氧化碳(碳酸氢盐)受热分解生成不溶性碳酸盐的特性对热工设备有很大的危害。蒸汽冷凝系统中部分CO₂的溢出，将破坏碳酸盐的溶解平衡，从而导致局部表面产生方解石覆盖物，影响设备的传热，导致设备的工作效率变低。在锅炉中，由于可溶性碳酸盐分解，锅炉内壁上覆盖不溶性碳酸盐，降低传热效率，导致炉壁过热变形，水透过不溶性碳酸盐与过热炉壁作用生成大量水汽，非常容易导致锅炉爆炸，所以使用大型热工设备场合必须通过定量分析数据控制好水中CO₂及相关碳酸盐的含量。 

测定水中的溶解的二氧化碳分为游离二氧化碳测定、碳酸氢盐测定以及总碳测定。常见的方法有酸碱滴定法、电化学传感器法、光度吸收法、顶空进样--气相色谱法、流动扩散进样--离子色谱法等。酸碱滴定法测量水中游离二氧化碳与碳酸(中华人民共和国电力行业标准DL/T502.7-2006，火电厂水汽分析方法第七部分：游离二氧化碳的测定(直接法))，基于游离二氧化碳、碳酸与氢氧化钠反应，在pH为8.3时可以全部转化为碳酸氢钠，使用以酚酞为指示剂，滴定测量水中的游离二氧化碳与碳酸，但是水中有其他的酸性物质存在的时候会导致结果偏大。酸碱滴定法测量水中的碳酸氢盐(中华人民共和国地质矿产行业标准DZ/T0064.48-93地下水质检验方法滴定法测定侵蚀性二氧化碳)是基于碳酸氢盐与盐酸反应生成二氧化碳，在pH为3.4时盐酸可以定量的将碳酸氢盐定量转化为游离二氧化碳，使用甲基橙为滴定终点指示剂，但是此法不能单独测定碳酸盐与碳酸氢盐的混和物。使用指示剂的酸碱滴定方法仪器较为简单，但是样品用量比较大，水样浑浊的时候不容易观察颜色的变化，水中可能含有的漂白剂会引起指示剂失效，水中存在的其他酸碱物质对 结果会有影响。 

电化学传感器法(美国测试与材料协会(American Society for Testing and Materials)标准ASTM D 513-02，水中溶解二氧化碳溶解量和总量的测量方法)是通过离子选择电极测量水中的二氧化碳、碳酸盐，但是分析体系的离子强度、粘度、温度、干扰离子会对分析结果有影响，使用条件较为苛刻。 

光度吸收法(Talanta 62(2004)631-636，Determination of carbon dioxide in gaseous samples by gas diffusion-flow injection)是基于某些指示剂与二氧化碳、碳酸(氢)盐作用导致体系的颜色变化，通过光度仪测量某个波长的光强度的变化进行定量分析。 

顶空进样--气相色谱法(Journal of Chromatography A，909(2001)249-257，Analysis of nonvolatile species in a complex matrix by headspace gas chromatography)是将分析样进行酸化使其中的碳酸(氢)盐完全转变为二氧化碳，用气体将二氧化碳吹扫出溶液，使用气相色谱仪分析气相中二氧化碳的浓度，基于溶液中二氧化碳的浓度与气相中二氧化碳的浓度存在一定的关系而对分析样中的碳酸(氢)盐的总碳量进行定量，但是无法对碳酸盐、碳酸氢盐的混合体系分别定量。