双电极法现场快速检测地下水和湖水中碳酸氢根和碳酸根.pdf

第44卷
分析化学( FENXI HUAXUE)研究报告
第3期
2016年3月
Chinese Journal of Analytical Chemistry
355~360
DOI:10.11895/j.isna.0253-3820.150866
双电极法现场快速检测地下水和湖水中碳酸氢根和碳酸根
战楠黄毅′饶竹赵学亮2
(国家地质实验测试中心,北京100037)2(中国地质调査局水文地质环境地质调査中心,保定071051)
摘要地下水和湖水中碳酸氢根(HCO)和碳酸根(C03)含量是地球化学碳行为和碳循环的重要表征,但
两种离子的浓度易受环境影响而改变,因此,地下水和湖水中HCO和C3真实含量的测定一直是个难题。
实验利用CO2的水解平衡,通过pH电极和二氧化碳电极联用,建立了HCO5和C3现场快速测定的新方
法,解决了地下水和湖水中HCO0和C3真实含量的测定难题。研究结果表明,在pH=4.8±0.]的底液中,
HCO5和C3的线性范围分别为0.027-570mg/L和1.25×103~39.7mg/L。共存的金属离子、强酸阴离
子(Kt、Na'、Mg*、CI-、S02,100mgL)、弱酸阴离子和弱酸(HSO5、NO1、HOAc,50mg/L)对测定干扰小于
5%。实际水样加标实验回收率在95.2%~99.2%之间,相对标准偏差为2.6%~3.7%。与酸碱滴定法进行
对比,本方法的准确性良好。但方法受温度影响,因此标准溶液与样品应在同一温度下测量。总体而言,双电
极法灵敏、快速、经济且电极携带方便、操作简单、对环境要求不高,十分适合现场和室内一般自然水体的快速
检测。本方法已成功应用于青海省地下水和青海湖溯水中HCO和C%的现场测定。实验表明,海东地区
地下水样品pH在6.4~7.4之间,HCO3含量为234~4096mg/L,C3含量为0.16~1.89mg/L;青海湖湖水
样品pH=8.7,HCO3含量范围在1.36~1.86g/L,C03含量在32.3~43.9mg/L,与文献结果吻合。
关键词二氧化碳电极;pH电极;碳酸氢根;碳酸根;地下水;湖水
碳酸氢根(HCO。)和碳酸根(CO3)是天然水中碳酸化合物的主要存在形式,其来源有大气中的
氧化碳(CO2)、岩石土壤中碳酸盐和重碳酸盐矿物的溶解以及水生动植物的新陈代谢和生物氧化的产
物等。地下水和湖水中HCO5和CO3的含量能够反映碳的地球化学行为和碳循环特征,因此,它们的
准确测定具有非常重要的意义。然而,目前并没有较好的现场快速检测方法,通常需采样后迅速送至实
验室,然后用滴定法、色谱法、光谱法、比色法等测定。这些传统方法不仅设备较大、操作复杂,无法
实现现场检测;而且,水中HCO5、COる浓度会随水体pH值、温度、大气压等因素变化而变化,采集的样
品一日脱离母体水体后(特别是地下水样品),其碳酸盐离子浓度会发生改变,导致检测结果不能代表
母体水体中HCO和CO3准确含量,放置时间愈长,这种偏差愈大。因此,建立一种HCO5和C3现场
快速檢测方法,用于水体中HCO3、CO3的准确测定是非常必要的。
离子选择性电极(ISE)是一类结构小巧、便于携带、分析速度快、能进行原位测定的电化学分析技
术,它通常不受样品溶液颜色、浊度的影响,且可以实现连续测量和控制。1990年, Goswami 3等?率先报
道了一种用于测定海水中溶解CO2的光化学电极。 Tabacco等?改进了上述技术实现了海水中低浓度
溶解CO2的测定。文献[8,9]进一步改进电极系统,实现了海底沉积物中CO2含量测量和二维分布。
近二十年来,采用离子选择性电极测定海水中溶解CO2已有多篇文献报道4-),而对于地下水、湖水中
HCO5、C03和CO2的研究则鲜有报道。本实验基于水体中的HCOのる和CO3存在:CO2+H2O=H2CO23;
H2CO,H+HCO3;HCO≈H'+CO3等平衡关系?,利用pH电极和CO2电极联用的方法,建立
种水体中HCO5和CO3测定的新方法,最终实现地下水和湖水中两种离子的现场快速测定。
2015-1030收稿;2015-1-30接受
本文系国土资源公益性行业科研专项经费项目(No.201411083-3);中国地质调查项目(No.1212011120283);中図地质调査项目
(No.1212010816028)资助
gE-mail:raozhu(@126.com
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分析化学
第44卷
2实验部分
2.1仪器与试剂
pH/mV测量仪( Sartorius PB-10),探头上附有温度补偿装置;CO2离子选择性电极( thermo Scientif
ic Orion9502);两电极在使用前,电极探头浸入空白水中活化24h;磁力搅拌器( Wisesuir MSH-20D)
Varco2(分析纯,国药集团化学试剂有限公司),柠檬酸钠(分析纯,国药集闭化学试剂有限公司),
pH缓冲剂(4.01,6.86,9.18,国药集闭化学试剂有限公司),ISA离子强度调节剂(0.50mol/L柠檬酸钠
溶液,自制);电极内充液(0.005mol/ L NAHCO3溶液,自制)。
冲洗电极水为经检测不含HCO和CO3的二次去离子水
2.2电极的准备
测定前,配制5种浓度水平(10,5.0,1.0,0.5和0.1mmol/L)的 NAHCO3标准溶液,并用CO2电
极对此标准系列进行测定,绘制gCr标准曲线。同时,用pH=4.01,6.86,9.18的缓冲剂校准pH电
极,并绘制E-lgLH]标准曲线。
2.3样品采集
2015年7月,采集青海省海东地区地下水和和青海湖溯区南部溯水,并进行现场测定。采样和保存
条件参照《中华人民共和国国家环境保护标准一一水质采样技术指导》",样品采集主要信息见表1。
表1地下水和湖水采样信息表
Table 1 Sampling information of groundwater and lake water sample
类型编号
地理坐标
取样日期
类型编号
地理坐标
取样日期
ype
No, Geographic coordinate
ampling date
Gcographic coordinate
sampling date
N36°466'E1019889
N36°589'E0050
N36°466'E101891
2015.07.21
N36587"E100°512
N36°454'E101°868
湖水
Lake water
N36°592'E100°505
2015.07.24
地下水
N36°42
N36°656'E100°476
N36°633'E100
2015.07.24
N36°499E102126
N36°393'E101910
2015.07.23
2.4实验方法
取100m』水样于150mL烧杯中,放入磁子,置于搅拌器上均匀搅拌。将pH电极探头浸入样品,
示数稳定后记录pH值。向水中加入适量ISA离子强度调节剂,调节样品的pH=4.8±0.12,移出pH
电极,插入CO2电极,待示数变化率小于0.6mV/min3“时记录读数。测定完毕,用去离子水冲洗电
极敏感膜部位至恢复空白电位后可开始下次测量。<