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碳酸根、重碳酸根、總堿度檢測

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-30 07:15:13 更新時(shí)間：2025-07-29 07:15:13

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

碳酸根(CO?2?)、重碳酸根(HCO??)與總堿度檢測概述

水體的堿度是一個(gè)重要的水質(zhì)指標(biāo)，它反映了水中能夠接受氫離子（H?）以中和酸性物質(zhì)的能力，主要?dú)w因于弱酸陰離子的存在，其中碳酸根離子（CO?2?）和重碳酸根離子（HCO??）是最主要的貢獻(xiàn)者。總堿度（Total Alkalinity, TA）則是衡量水中所有能與強(qiáng)酸發(fā)生中和作用的物質(zhì)的總量，通常以碳酸鈣（CaCO?）的毫克每升（mg/L）表示。準(zhǔn)確檢測碳酸根、重碳酸根及總堿度對于評估水體緩沖能力、腐蝕性、適用性（如飲用水、工業(yè)用水、養(yǎng)殖用水）以及理解水化學(xué)過程（如碳酸鈣沉淀、二氧化碳溶解平衡）至關(guān)重要。在環(huán)境監(jiān)測、水處理、地質(zhì)勘探、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

檢測項(xiàng)目

核心檢測項(xiàng)目包括： 1. 碳酸根離子 (CO?2?) 濃度： 指示水體中強(qiáng)堿度部分。
2. 重碳酸根離子 (HCO??) 濃度： 指示水體中弱堿度部分，通常是最主要的堿度來源。
3. 總堿度 (TA)： 水中所有能與強(qiáng)酸作用的陰離子（主要是HCO??, CO?2?, 以及少量的OH?, HSiO??, H?BO??, HPO?2?, HS?等有機(jī)/無機(jī)弱酸根）的總和，以等當(dāng)量的CaCO?濃度表示。

主要檢測儀器

根據(jù)選用的檢測方法，常用儀器包括： 1. 酸堿滴定法 (最常用)：

精密滴定管（如25mL或50mL）
錐形瓶或燒杯
pH計(jì)（帶溫度補(bǔ)償功能）及其復(fù)合電極 - 用于電位滴定法
磁力攪拌器
自動(dòng)電位滴定儀（提高精度和效率）

2. 分光光度法 (較少用于總堿度，可用于特定成分)：

紫外/可見分光光度計(jì)
比色皿

3. 離子色譜法 (IC)：

離子色譜儀（配抑制電導(dǎo)檢測器） - 可同時(shí)分離測定多種陰離子，包括CO?2?和HCO??（HCO??通常以其在柱內(nèi)轉(zhuǎn)化為CO?的形式間接測定）。

4. 計(jì)算法：

基于測得的總?cè)芙鉄o機(jī)碳(DIC)和pH值，結(jié)合碳酸平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算（需要精確的pH計(jì)和DIC分析儀）。

主要檢測方法

1. 酸堿滴定法 (適用于總堿度及區(qū)分CO?2?/HCO??)： 這是最經(jīng)典和廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)方法。

原理： 用已知濃度的強(qiáng)酸標(biāo)準(zhǔn)溶液（通常為鹽酸或硫酸）滴定水樣至特定的理論終點(diǎn)（如酚酞終點(diǎn)pH~8.3 和甲基橙終點(diǎn)pH~4.5，或用電位滴定法確定終點(diǎn)的pH值）。通過消耗的酸量計(jì)算總堿度。結(jié)合兩個(gè)滴定終點(diǎn)（酚酞堿度和總堿度）可以計(jì)算出水樣中OH?, CO?2?, HCO??各自的含量（如果存在）。電位滴定法利用pH電極連續(xù)監(jiān)測pH變化，通過繪制pH-滴定體積曲線或微分曲線確定精確終點(diǎn)（如pH=4.5或pH=4.2用于海水），靈敏度更高，適用于有色或渾濁水樣。
步驟簡述： 標(biāo)定酸標(biāo)準(zhǔn)溶液 → 取適量水樣 → (可選) 滴定至酚酞終點(diǎn) → 記錄酸體積V1 → 繼續(xù)滴定至甲基橙終點(diǎn)（或電位終點(diǎn)pH=4.5）→ 記錄總酸體積V2 → 根據(jù)公式計(jì)算各組分濃度及總堿度。

2. 離子色譜法 (IC)：

原理： 利用離子交換色譜柱分離水樣中的陰離子，通過電導(dǎo)檢測器檢測。碳酸根（CO?2?）可直接測定，而重碳酸根（HCO??）在色譜柱的堿性淋洗液條件下會(huì)部分轉(zhuǎn)化為CO?2?，或通過特定的前處理/柱切換技術(shù)測定，有時(shí)報(bào)告為“碳酸氫鹽峰”?？倝A度不能直接得出，需結(jié)合其他數(shù)據(jù)計(jì)算。
特點(diǎn)： 可同時(shí)測定多種陰離子，自動(dòng)化程度高，靈敏度好。但設(shè)備成本較高，且對HCO??的直接測定不如滴定法成熟穩(wěn)定。

3. 計(jì)算法：

原理： 如果已知水樣的pH值和總?cè)芙鉄o機(jī)碳（DIC，即CO?(aq) + HCO?? + CO?2?的總和）濃度，并知道不同溫度下的碳酸解離常數(shù)（K?, K?），即可通過碳酸平衡方程組精確計(jì)算出HCO??和CO?2?的濃度，進(jìn)而計(jì)算出總堿度（TA = [HCO??] + 2[CO?2?] + [OH?] - [H?] ≈ [HCO??] + 2[CO?2?]）。
要求： 需要高精度的pH計(jì)（±0.01單位）和準(zhǔn)確的DIC分析儀（如非色散紅外法NDIR檢測酸化后釋放的CO?）。

主要檢測標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)方法主要包括滴定法： 1. 中國國家標(biāo)準(zhǔn) (GB) 和環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (HJ)：

HJ 84-2016 《水質(zhì) 無機(jī)陰離子（F?, Cl?, NO??, Br?, NO??, PO?3?, SO?2?, SO?2?）的測定離子色譜法》： 雖然主要針對其他陰離子，但擴(kuò)展方法或特定條件下可用于CO?2?（有時(shí)包括HCO??）測定。
《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版增補(bǔ)版)： 其中詳細(xì)規(guī)定了酸堿滴定法（電位滴定法和指示劑法）測定總堿度、碳酸鹽和重碳酸鹽的標(biāo)準(zhǔn)操作程序（方法編號： 2.2.6 電位滴定法， 2.2.5 指示劑滴定法）。這是國內(nèi)環(huán)境監(jiān)測最常用的依據(jù)。

2. 美國標(biāo)準(zhǔn)方法 (Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater)：

2320 B. Alkalinity (Titration Method)： 經(jīng)典的指示劑滴定法（酚酞和混合指示劑/甲基橙）。
2320 B. Alkalinity (Potentiometric Titration)： 電位滴定法，被視為更精確的方法，尤其適用于有色、渾濁或含余氯的水樣。
4110 B. Determination of Inorganic Anions by Ion Chromatography： 離子色譜法測定陰離子，包括碳酸根/重碳酸根。

3. 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 標(biāo)準(zhǔn)：

ISO 9963-1:1994 Water quality - Determination of alkalinity - Part 1: Determination of total and composite alkalinity： 滴定法。
ISO 14911:1998 Water quality - Determination of dissolved Li?, Na?, NH??, K?, Mn2?, Ca2?, Mg2?, Sr2? and Ba2? using ion chromatography - Method for water and waste water： 主要用于陽離子，但相關(guān)陰離子方法標(biāo)準(zhǔn)也遵循類似原則。