海水的含鹽量怎樣測(cè)定
閱讀：5078 發(fā)布時(shí)間：2017-10-23
海水分析化學(xué)是研究海水中各種組分的分析方法的科學(xué)，它是海洋化學(xué)的一個(gè)重要分支,，在研究和發(fā)展其他海洋學(xué)科中也起著重要的作用,。其研究?jī)?nèi)容包括海水采樣、樣品處理,、待測(cè)組分的分離,、富集和測(cè)定方法。
海水分析的早期工作,，是從建立海水中主要溶存成分的分析方法及其含量的測(cè)定開(kāi)始的,。19世紀(jì)80年代，迪特馬爾測(cè)定了采集自世界各大洋的77個(gè)水樣的主要溶解成分,，進(jìn)一步證實(shí)了海水組成恒定性這一重要規(guī)律,。
1902年，克努曾提出了氯度和鹽度的概念,，建立了海水氯度的分析方法,，從氯度的測(cè)定值計(jì)算海水鹽度在海水溶解氧、堿度等的分析方法建立之后,，就能夠研究海水的二氧化碳系統(tǒng)和溶解氧的分布和變化,。
從二十世紀(jì)開(kāi)始，由于對(duì)海洋生物生產(chǎn)力研究的需要,，開(kāi)展了海水中微量營(yíng)養(yǎng)成分的分析,，特別在二十世紀(jì)前半期zui為活躍。對(duì)海水微量元素的分析,，從50年代前就已經(jīng)開(kāi)始,，但直到60年代后期和70年代初，由于應(yīng)用了分析化學(xué)中的新方法和新技術(shù),，才得到迅速的發(fā)展,。
二十世紀(jì)70年代，海洋環(huán)境科學(xué)的崛起,，促進(jìn)了海洋中痕量污染物,，如有毒金屬、農(nóng)藥和烴類(lèi)等的分析方法的發(fā)展,。能夠分析和必須分析的海水中的元素,，幾乎涉及了自然界存在的所有元素,，其濃度范圍從常量元素的約每升20克至放射性核素的每升一百億億分之一克，有時(shí)還要求測(cè)定各成分不同形態(tài)的含量,。
海水是一個(gè)復(fù)雜的多組分的多相體系,，包括多種有機(jī)和無(wú)機(jī)的、溶解態(tài)的和懸浮態(tài)的物質(zhì),，其含量約為3.5%,，其中各組分的含量相差懸殊。11種主要溶解成分在海水中占總鹽分的99.99%,其他成分的含量均在百萬(wàn)分之一以下,，其中大多數(shù)成分的含量都在痕量或超痕量的水平,。
海水的這些特點(diǎn)，對(duì)海水分析帶來(lái)很大的影響,。例如：大量基體鹽類(lèi)對(duì)測(cè)定的影響,，有機(jī)物及微生物的活動(dòng)影響。多相體系是否分離,，對(duì)分析也有影響,，特別是在痕量或超痕量成分分析時(shí)，對(duì)分離,、富集和測(cè)定的方法,，都有具體的要求。
海水分析所面臨的對(duì)象是廣闊的海域,，樣品的數(shù)量很多,，種類(lèi)也不同(海水、微表層海水,、間隙水等),，要求分析方法和使用的儀器必須靈敏、簡(jiǎn)便,、快速和適用于船上的工作條件,，特別是建立能快速測(cè)定的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)分析儀器和方法。此外,，采樣技術(shù)的研究,，樣品貯存和防止沾污，海水分樣方法的相互校準(zhǔn)和規(guī)范化等,，也都是十分重要的問(wèn)題,。
要得到真正代表某一水體瞬時(shí)含量的結(jié)果，水樣的采取和貯存是極其關(guān)鍵的一步,，特別是痕量元素的分析更是如此,。采樣的主要方式有三種：采水器采樣；用泵抽取水樣,；利用吸附,、離子交換或電沉積等方法,，使待測(cè)的元素或化合物在現(xiàn)場(chǎng)富集采樣。其中以采水器法較為通用,。
使用采水器采樣,，要根據(jù)待測(cè)成分的性質(zhì)和濃度，選擇zui適宜的采水器,。對(duì)采水器的一般要求能使采水時(shí)瓶?jī)?nèi)外的水迅速而充分地進(jìn)行交換,；關(guān)閉系統(tǒng)密封可靠,；材料有抗腐蝕性,、不沾污水樣和不吸附待測(cè)成分；采水器不宜太重等,。
分析微量金屬時(shí),，不能用金屬采水器采樣。在進(jìn)行深層采水時(shí),，要避免鋼絲纜繩的鐵銹和油脂等帶來(lái)的沾污,。精細(xì)水體結(jié)構(gòu)分析的垂直或水平的連續(xù)采樣，可用泵取采樣系統(tǒng),。為減少泵對(duì)水樣的沾污,，多采用塑料潛水泵。這類(lèi)采樣方式和多種參數(shù)(溫度,、鹽度,、深度、溶解氧,、pH等)的傳感器相結(jié)合,，可組成海上走航的連續(xù)自動(dòng)調(diào)查系統(tǒng)。
現(xiàn)場(chǎng)的采樣富集設(shè)備,，大都由采水,、過(guò)濾、富集等幾個(gè)環(huán)節(jié)組成,。經(jīng)泵取系統(tǒng)采水并過(guò)濾后的水樣,，可通過(guò)吸附劑進(jìn)行富集，也可通過(guò)電沉積的方法進(jìn)行富集,。
海水中含有懸浮顆粒物質(zhì),，可用減壓抽濾、壓濾或離心分離等方法加以分離,。無(wú)論抽濾或壓濾,，均應(yīng)注意使用適當(dāng)?shù)恼婵斩群蛪毫Γ駝t會(huì)使浮游植物細(xì)胞破裂,，導(dǎo)致溶解有機(jī)物和重金屬的含量增加,；用離心分離法時(shí),，分離的效率和所分離的物質(zhì)的狀態(tài)，決定于離心速度,、離心分離的時(shí)間和懸浮物的顆粒大小,。當(dāng)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速大于10000轉(zhuǎn)/分的時(shí)候，可分離包括膠體在內(nèi)的海水中的懸浮物,。在這些方法中,，常用抽濾或壓濾法，而且習(xí)慣上用平均孔徑為0.45微米的濾膜過(guò)濾海水樣品,，除去懸浮物質(zhì),。事實(shí)上，所得的濾液,，仍含有小于0.45微米的固體物質(zhì)和膠態(tài)物質(zhì),。
常用于貯存海水樣品的容器大致分為兩類(lèi)：硬質(zhì)玻璃容器，用于貯存測(cè)定有機(jī)成分,、磷酸鹽,、硝酸鹽汞等的水樣；高密度聚乙烯或聚丙烯容器,，用于貯存測(cè)定主要成分,、營(yíng)養(yǎng)鹽和微量金屬的水樣。
微量營(yíng)養(yǎng)成分的水樣,，由于生物和酶的作用,，采樣之后濃度變化很快?？杉尤肼确?、氯化高汞或酸等化學(xué)試劑，并且快速冷凍,，使微生物停止活動(dòng),。
微量金屬的水樣，因待測(cè)成分的含量低,，其濃度和形態(tài)在貯存期間的變化更顯著,。采樣后應(yīng)立即過(guò)濾，加入試劑后,，將水樣放在低溫(4℃)或冰凍條件下保存,。
海水中的主要元素通常遵守海水組成的恒比關(guān)系。由于這些元素主要形成鹽類(lèi)而溶存于海水之中,，故必須了解海水的含鹽量,，它可用海水鹽度來(lái)表示。通常測(cè)定海水的氯度或鹽度。海水的氯度常用摩爾-克努曾法或法揚(yáng)司法測(cè)定,。
鈉,、鈣、鎂,、硫等其他常量元素的測(cè)定方法,，有重量法、容量法,，及為提高精密度和準(zhǔn)確度所采用的電位滴定法和光度滴定法等,。要研究海水中常量元素和氯度比值的變化，至少要求具有±0.15％的精密度和準(zhǔn)確度,。為提高海水中的鈣,、鎂、硫酸根等的測(cè)定方法的準(zhǔn)確度,，一般采用離子交換樹(shù)脂除去干擾離子,，然后測(cè)定,。應(yīng)用示差色譜法可分辨鈣,、鎂、鈉,、鉀的氯度比值之間的微小差別,。用同位素稀釋法可研究鍶的氯度比值。
此外,，在對(duì)準(zhǔn)確度要求不高的情況下,，可用火焰分光光度法、原子吸收分光光度法和離子選擇電極法測(cè)定鈉,、鉀,、鈣、鎂,、鍶等,；還可用離子選擇電極法測(cè)定氟；海水的pH和堿度的測(cè)定則多采用pH電測(cè)法,；海水中溶解氧的測(cè)定,，除采用經(jīng)典的溫克勒容量法外，還可采用氣相色譜法和極譜法等電測(cè)法進(jìn)行測(cè)定,。
海水中的磷以溶解態(tài)無(wú)機(jī)磷,、有機(jī)磷和顆粒態(tài)磷等幾種形式存在。所有測(cè)定磷的方法都首先把磷化合物轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)磷酸鹽,，加入酸性鉬酸試劑,，使其形成復(fù)雜多酸，再還原成鉬藍(lán),，然后進(jìn)行光度測(cè)定,。用過(guò)的還原劑有氯化亞錫,、抗壞血酸、米吐?tīng)柕?。?962年提出銻鹽抗壞血酸鉬藍(lán)法后,，由于該法具有結(jié)果穩(wěn)定、還原時(shí)間短,，而且不需要校正鹽誤差等優(yōu)點(diǎn),，而被廣泛采用。
靈敏度足夠高的海水微量元素的直接測(cè)定法不多,，加上海水中有大量基體鹽類(lèi)存在,，不易得到可靠的結(jié)果常先用分離富集方法，消除干擾,，并提高待測(cè)微量成分的濃度,，然后進(jìn)行測(cè)定。
海水中的有機(jī)物含有氨基酸,、碳水化合物等來(lái)自生物的物質(zhì),，以及石油烴、氯代烴類(lèi)殺蟲(chóng)劑等人為的環(huán)境污染物,。它們的濃度一般都很低,，因此在大量無(wú)機(jī)鹽存在的情況下分析有機(jī)物時(shí)，必須預(yù)先用蒸發(fā),、溶劑萃取,、電泳脫鹽和離子交換樹(shù)脂分離等方法加以濃縮。常用的分析方法有分光光度法,、色譜法,、熒光分析法和紅外吸收光譜法等。
在沿岸海域的海水中,，酚類(lèi)化合物的濃度較大,，它主要是工業(yè)污染物，少量是由潮間帶的固著藻類(lèi)分泌出來(lái)的,，一般采用比色法分析,。也可用熒光法和極譜法，測(cè)定酚類(lèi)化合物,。個(gè)別酚類(lèi)化合物可用大孔陰離子交換樹(shù)脂進(jìn)行分離,，然后用氣相色譜法或氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測(cè)定。用液相色譜法可分析某些具有天然熒光的酚類(lèi),。
在海水中有自然存在的和人類(lèi)活動(dòng)引入的表面活性物質(zhì),，它們集中于海-氣界面，必須用特殊的采樣器采樣。人為的陰離子表面活性劑,，可用次甲藍(lán)分光光度法測(cè)定,，也可在試樣中加入過(guò)量的陽(yáng)離子表面活性劑，酸化后用四苯硼化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,。此外,，還可應(yīng)用金屬化合物與陰離子表面活性劑生成絡(luò)合物后，用有機(jī)溶劑萃取,，再用原子吸收法測(cè)定金屬的含量,。
對(duì)人為的陽(yáng)離子表面活性劑，可在試樣中加入過(guò)量的陰離子表面活性劑后,，用與上面相似的方法測(cè)出其含量,。若需鑒定各組分，可用液相色譜法分離后加以測(cè)定,。海水中自然存在的表面活性物質(zhì),，可用極譜法或分光光度法測(cè)定。為了分析數(shù)量很多的海水樣品,，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)測(cè)定,。
海水自動(dòng)化學(xué)分析系統(tǒng)主要由取樣器、蠕動(dòng)泵,、分析線,、延遲和反應(yīng)系統(tǒng),、流動(dòng)式比色計(jì)記錄裝置等幾部分所組成,。根據(jù)上述原理已設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出多種測(cè)定氮、磷,、硅等微量成分和有機(jī)碳的自動(dòng)分析系統(tǒng),。
在另一類(lèi)自動(dòng)分析中，使用了傳感器,，將傳感器投放于海水中,，連續(xù)走航記錄。但是,，傳感器的靈敏度還不夠高,，還只能進(jìn)行鹽度、pH,、氧化還原電位,、溶解氧、濁度,、氟離子濃度等少數(shù)項(xiàng)目的測(cè)定,。
海水分析化學(xué)雖然已發(fā)展成為分析化學(xué)和海洋化學(xué)中較系統(tǒng)的一個(gè)分支學(xué)科。但是，海洋科學(xué)的發(fā)展,，仍給它提出了許多有待解決的課題,。
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