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JP2012107986A - Ph measuring method and measuring device using the method - Google Patents

Ph measuring method and measuring device using the method Download PDF

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JP2012107986A JP2010257010A JP2010257010A JP2012107986A JP 2012107986 A JP2012107986 A JP 2012107986A JP 2010257010 A JP2010257010 A JP 2010257010A JP 2010257010 A JP2010257010 A JP 2010257010A JP 2012107986 A JP2012107986 A JP 2012107986A
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Takahiko Suzue
崇彦 鈴江
Kei Okamura
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Kochi University NUC
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Kochi University NUC
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Abstract

【課題】簡易に精度良く測定溶液の溶液、特に海水のpHを算出することができる、pHの測定方法およびその方法を用いた測定装置を提供する。
【解決手段】ガラス電極と比較電極とからなる一対の電極間の電位差がpH7.2−8.2の範囲の溶液で0mVとなるように設定された電極を用い、海水を測定溶液として当該電極間に生じた電圧(電位差)に基づき前記測定溶液のpHを測定する測定方法である。また、上記測定装置は一対の電極(電極対)と、電圧計と、塩分測定手段、炭酸系測定手段、滴定測定手段、吸光度測定手段から成る群から選ばれる測定手段のうち少なくとも1つの手段と、処理手段とを備える。
【選択図】図1
A pH measuring method and a measuring device using the method are provided that can easily and accurately calculate the pH of a solution of a measuring solution, particularly seawater.
An electrode in which a potential difference between a pair of electrodes consisting of a glass electrode and a reference electrode is set to 0 mV in a solution having a pH in the range of 7.2 to 8.2, and seawater is used as a measurement solution. This is a measurement method for measuring the pH of the measurement solution based on a voltage (potential difference) generated therebetween. Further, the measuring device comprises at least one means selected from the group consisting of a pair of electrodes (electrode pair), a voltmeter, a salinity measuring means, a carbonic acid measuring means, a titration measuring means, and an absorbance measuring means; And processing means.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、pHの測定方法およびその方法を用いた測定装置に関する。   The present invention relates to a pH measurement method and a measurement apparatus using the method.

近年、大気中の二酸化炭素の濃度が増加し、これが地球の温暖化に関連することが知られている。また、その一方で、大気中の二酸化炭素濃度が増加すると、その一部は海水中に溶存することも知られている。一般的に、海水に溶けた二酸化炭素からは炭酸水素イオン(HCO3 -)や炭酸イオン(CO3 2-)のようなイオンが生じる。そのため、海水に二酸化炭素が溶解したとしても酸(H+)を中和する炭酸水素イオン(HCO3 -)や炭酸イオン(CO3 2-)の働きで、pHが中性付近(おおよそpH7.4〜8.2)になる。 In recent years, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere has increased, which is known to be related to global warming. On the other hand, when the concentration of carbon dioxide in the atmosphere increases, it is also known that a part thereof is dissolved in seawater. In general, carbon dioxide dissolved in seawater produces ions such as bicarbonate ions (HCO 3 ) and carbonate ions (CO 3 2− ). Therefore, even if carbon dioxide dissolves in seawater, the pH is around neutral (approximately pH 7.) due to the action of hydrogen carbonate ions (HCO 3 ) and carbonate ions (CO 3 2− ) that neutralize the acid (H + ). 4 ~ 8.2).

しかしながら近年、化石燃料の大量消費によって海水にガスとして溶ける二酸化炭素濃度が増加し、海洋は酸性化しつつある。そのため、海水のpHを高精度に測定することは地球温暖化問題を論ずる上で重要な課題となっている。なお、海水のpHを高精度に測定することとは、海洋研究の分野では一般的には10-3オーダーまで精度良く測定することをいう。 However, in recent years, the mass of fossil fuels has increased the concentration of carbon dioxide dissolved in seawater as a gas, and the ocean is becoming acidic. Therefore, measuring the pH of seawater with high accuracy is an important issue in discussing the global warming problem. In addition, measuring the pH of seawater with high accuracy generally means measuring with high accuracy up to the order of 10 −3 in the field of marine research.

従来、溶液の水素イオン指数(pH:pH=-log[H+];[H+]は溶液中の水素イオン濃度)は水素イオン濃度の対数値で表現され、電気化学的に測定されるのは水素イオン活量(pH=-log[水素イオン活量])であることが知られている。しかしながら、海水のように高濃度の塩分が存在する場合、活量を測定するのが難しく、溶液中のイオンの相互作用があり、また、イオン選択性の問題やガス成分の溶解の問題もあり、標準液のpHを決めるのも慎重な議論が必要となる。 Conventionally, the hydrogen ion index of a solution (pH: pH = -log [H + ]; [H + ] is the hydrogen ion concentration in the solution) is expressed as a logarithmic value of the hydrogen ion concentration and is measured electrochemically. Is known to have a hydrogen ion activity (pH = -log [hydrogen ion activity]). However, when there is a high concentration of salinity such as seawater, it is difficult to measure the activity, there is an interaction of ions in the solution, and there are also problems of ion selectivity and dissolution of gas components. Careful discussion is required to determine the pH of the standard solution.

例えば、国際度量衡委員会(CIPM)は水素ガス電極と銀塩化銀電極とで構成されたHarned cellを1次標準法として、複数の緩衝液のpHの値を1次標準として定められている。米国のNational Bureau of Standards(NBS)では、pHの1次標準緩衝液について、最初に値を割り当て、米国のATSM(American Society of Testing and Materials)や日本工業規格(JIS)の規格で準用された。なお、NBSで決められた、等モル混合リン酸塩緩衝液、フタル酸水素カリウム緩衝液をNBS緩衝系と称す。   For example, the International Weights and Measures Committee (CIPM) defines a Harned cell composed of a hydrogen gas electrode and a silver-silver chloride electrode as the primary standard method and the pH values of a plurality of buffer solutions as the primary standard. In the US National Bureau of Standards (NBS), the primary pH buffer solution was first assigned a value and applied mutatis mutandis in the American Society of Testing and Materials (ATSM) and Japanese Industrial Standards (JIS) standards. . In addition, equimolar mixed phosphate buffer solution and potassium hydrogen phthalate buffer solution determined by NBS are referred to as NBS buffer system.

通常、溶液の水素イオン指数(pH)は、水素イオン濃度の対数値で表現される。しかしながら、海水の場合のpHは、上述した通常の溶液の場合のpHと異なり、トータルスケールpH(pHTと記載することもある)や海水スケールpH(pHswsと記載することもある)など、様々なスケールが定義されている(例えば非特許文献1)。 Usually, the hydrogen ion index (pH) of a solution is expressed as a logarithmic value of the hydrogen ion concentration. However, the pH in the case of seawater is different from the pH in the case of the normal solution described above, such as total scale pH (may be described as pH T ) and seawater scale pH (may be described as pHsws). Is defined (for example, Non-Patent Document 1).

なお、上記トータルスケールpHとは、pHT=-log([H+]+[HSO4 -])であり、[H+]は溶液中の水素イオン濃度、[HSO4 -]は溶液中の硫酸イオン濃度である。 The above total scale pH is pH T = -log ([H + ] + [HSO 4 ]), [H + ] is the hydrogen ion concentration in the solution, and [HSO 4 ] is in the solution. The sulfate ion concentration.

一方、海水スケールpHとは、pHsws=-log([H+]+[HSO4 -]+[F-])であり、[H+]は溶液中の水素イオン濃度、[HSO4 -]は溶液中の硫酸イオン濃度、[F-]は溶液中のフッ素イオン濃度である。 On the other hand, the seawater scale pH is pHsws = -log ([H + ] + [HSO 4 ] + [F ]), where [H + ] is the hydrogen ion concentration in the solution and [HSO 4 ] is The sulfate ion concentration in the solution, [F ], is the fluorine ion concentration in the solution.

例えば、pH電極を用いて海水の上記トータルスケールpH(つまりpHT)、上記海水スケールpH(つまりpHsws)を測定する場合、通常、海水を測定することを想定した校正溶液(Tris-HCl緩衝液、AMP緩衝液等)は海水の組成に近い溶媒に緩衝液を溶解させて標準液とし、当該pH電極の校正を行う。なお、以下の説明において、海水を測定することを想定した校正溶液(Tris-HCl緩衝液、AMP緩衝液等)を海水用緩衝液と称すことがある。 For example, when measuring the total scale pH of seawater (that is, pH T ) and seawater scale pH (that is, pHsws) using a pH electrode, a calibration solution (Tris-HCl buffer solution) that is usually assumed to measure seawater AMP buffer, etc.) is used as a standard solution by dissolving the buffer in a solvent close to the composition of seawater, and the pH electrode is calibrated. In the following description, calibration solutions (Tris-HCl buffer, AMP buffer, etc.) that are supposed to measure seawater may be referred to as seawater buffers.

DOE(1994)Handbook of methods for the analysis of the various parameter of the carbon dioxide system in sea water. Version 2, A.G.Dickson & C.Goyet, eds.ORNL/CDIAC-74DOE (1994) Handbook of methods for the analysis of the various parameter of the carbon dioxide system in sea water.Version 2, A.G.Dickson & C. Goyet, eds.ORNL / CDIAC-74

しかしながら、上述した海水用緩衝液は、非常に取り扱いにくいといった問題点があった。具体的には、pH電極を用いて海水のpHを精度良く測定しようとする場合を考える。このとき、当該pH電極の校正を上記海水用緩衝液によって行う場合、当該海水用緩衝液を、測定しようとする海水の組成と同じにする必要がある。そのため、海水用緩衝液の調整に非常に手間がかかるといった問題点があった。   However, the seawater buffer described above has a problem that it is very difficult to handle. Specifically, a case is considered where the pH of seawater is to be measured accurately using a pH electrode. At this time, when calibration of the pH electrode is performed with the seawater buffer, the seawater buffer needs to have the same composition as the seawater to be measured. For this reason, there is a problem that it takes much time to adjust the seawater buffer.

また、上記海水用緩衝液、特にTris-HCl緩衝液は、温度によってpHが変動することが知られている。つまり、正確なpHを測定するためには、測定しようとする測定溶液の水温が一定であることが求められる。そのため、上記海水用緩衝液で校正をしたpH電極を用いて、0℃〜35℃といったように水温が変化する海水のpHを測定するのには適さないといった問題点もあった。   Further, it is known that the pH of the above-mentioned seawater buffer solution, particularly Tris-HCl buffer solution, varies depending on the temperature. That is, in order to measure accurate pH, it is required that the water temperature of the measurement solution to be measured is constant. For this reason, there is a problem that the pH electrode calibrated with the seawater buffer solution is not suitable for measuring the pH of seawater whose water temperature changes such as 0 ° C to 35 ° C.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡易に精度良く測定溶液の溶液、特に海水のpHを算出することができる、pHの測定方法およびその方法を用いた測定装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to use a pH measurement method and method capable of easily and accurately calculating the pH of a measurement solution, particularly seawater. It is to provide a measuring device.

上記目的を達成するために本発明は以下の特徴を有している。すなわち第1の発明は、ガラス電極と比較電極とからなる一対の電極間の電位差がpH7.2−8.2の範囲の溶液で0mVとなるように設定された電極を用い、海水を測定溶液として当該電極間に生じた電圧(電位差)に基づき前記測定溶液のpHを測定する測定方法である。   In order to achieve the above object, the present invention has the following features. That is, the first invention uses an electrode in which the potential difference between a pair of electrodes consisting of a glass electrode and a reference electrode is set to 0 mV in a solution having a pH in the range of 7.2 to 8.2, and seawater is used as a measurement solution. As a measurement method for measuring the pH of the measurement solution based on the voltage (potential difference) generated between the electrodes.

第2の発明は、上記第1の発明において、ガラス電極と比較電極の違いがガラス感応膜と当該比較電極の液絡の違いであることに基づいてpHを測定する測定方法である。なお、ガラス電極の内部電極と比較電極の内部電極とは同じ構造であってもよい。   2nd invention is a measuring method which measures pH based on the difference in the liquid junction of a glass sensitive film | membrane and the said comparative electrode in the said 1st invention being the difference between a glass electrode and a comparative electrode. The internal electrode of the glass electrode and the internal electrode of the comparison electrode may have the same structure.

第3の発明は、ガラス電極と比較電極とからなる一対の電極を用い当該電極間に生じた電圧(電位差)に基づき海水を測定溶液とする当該測定溶液のpHを測定する測定方法である。上記方法は、予め定められた複数の校正液を用いガラス電極の校正を異なる校正液で少なくとも2回以上行う校正工程と、校正工程でそれぞれ出力された電圧の値を予め定められた数式に代入することによりガラス電極の特性を示す補正数を算出する補正数算出工程と、一対の電極を用い測定溶液のpHを第1pHスケールとして測定する第1測定工程と、補正数算出工程で算出された補正数と予め定められた数式とを用い第1測定工程で測定された第1pHスケールと異なる第2pHスケールに変換するスケール変換工程とを備える。   3rd invention is a measuring method which measures the pH of the said measurement solution which uses seawater as a measurement solution based on the voltage (potential difference) produced between the said electrodes using a pair of electrode which consists of a glass electrode and a comparison electrode. The above method uses a plurality of predetermined calibration solutions to calibrate the glass electrode at least twice with different calibration solutions, and substitutes the voltage value output in each calibration step into a predetermined mathematical formula. The correction number calculation step for calculating the correction number indicating the characteristics of the glass electrode by the calculation, the first measurement step for measuring the pH of the measurement solution using the pair of electrodes as the first pH scale, and the correction number calculation step A scale conversion step of converting to a second pH scale different from the first pH scale measured in the first measurement step using a correction number and a predetermined mathematical formula.

第4の発明は、ガラス電極と比較電極とからなる一対の電極を用い当該電極間に生じた電圧(電位差)に基づき海水を測定溶液とする当該測定溶液のpHを測定する測定方法である。上記方法は、予め定められた校正液を用い前記ガラス電極の校正を行う校正工程と、測定溶液の塩分および温度を測定する塩分測定工程と、一対の電極を用い測定溶液のpHを第1pHスケールとして測定する第1測定工程と、塩分測定工程で測定された塩分および温度を用い予め定められた数式に基づき第1測定工程で測定された第1pHスケールと異なる第2pHスケールに変換するスケール変換工程とを備える。   4th invention is a measuring method which measures pH of the said measurement solution which uses seawater as a measurement solution based on the voltage (potential difference) which produced between the said electrodes using a pair of electrode which consists of a glass electrode and a comparison electrode. The above method includes a calibration step of calibrating the glass electrode using a predetermined calibration solution, a salinity measurement step of measuring the salinity and temperature of the measurement solution, and the pH of the measurement solution using a pair of electrodes as a first pH scale. And a scale conversion step of converting to a second pH scale different from the first pH scale measured in the first measurement step based on a predetermined mathematical formula using the salinity and temperature measured in the salinity measurement step. With.

第5の発明は、ガラス電極と比較電極とからなる一対の電極を用い当該電極間に生じた電圧(電位差)に基づき海水を測定溶液とする当該測定溶液のpHを測定する測定方法である。上記方法は、予め定められた校正液を用いガラス電極の校正を行う校正工程と、一対の電極を用い測定溶液のpHを第1pHスケールとして測定する第1測定工程と、予め定められた数式を用い測定溶液の海水の炭酸系の測定項目を少なくとも2つ以上を測定する炭酸系測定工程と、炭酸系測定工程で測定された測定項目の値と予め定められた数式とに基づき第1pHスケールと異なる測定溶液の第2pHスケールを算出する算出工程と、第1測定工程で測定された第1pHスケールの値と算出工程で算出された第2pHスケールの値との関係を示す補正関数を算出する補正関数算出工程と、補正関数算出工程で算出された補正関数を用い前記第1pHスケールと異なる第2pHスケールに変換するスケール変換工程とを備える。   5th invention is a measuring method which measures pH of the said measurement solution which uses seawater as a measurement solution based on the voltage (potential difference) which produced between the said electrodes using a pair of electrode which consists of a glass electrode and a comparison electrode. The method includes a calibration step of calibrating a glass electrode using a predetermined calibration solution, a first measurement step of measuring the pH of a measurement solution as a first pH scale using a pair of electrodes, and a predetermined mathematical formula. A first pH scale based on a carbonic acid measurement step for measuring at least two or more carbonic acid measurement items of seawater in the measurement solution used, a value of the measurement item measured in the carbonic acid measurement step, and a predetermined mathematical formula; A calculation step for calculating the second pH scale of different measurement solutions, and a correction for calculating a correction function indicating the relationship between the value of the first pH scale measured in the first measurement step and the value of the second pH scale calculated in the calculation step A function calculation step, and a scale conversion step of converting to a second pH scale different from the first pH scale using the correction function calculated in the correction function calculation step.

第6の発明は、ガラス電極と比較電極とからなる一対の電極を用い当該電極間に生じた電圧(電位差)に基づき海水を測定溶液とする当該測定溶液のpHを測定する測定方法である。上記方法は、クローズドセル方式におけるアルカリ度滴定(密閉型アルカリ度滴定)およびセミクローズ方式におけるアルカリ度滴定(密閉に近い状態でのアルカリ度滴定)の少なくとも何れか一方のアルカリ度滴定によって測定溶液の海水の炭酸系の測定項目を少なくとも2つ以上を予め測定する滴定工程と、予め定められた校正液を用いガラス電極の校正を行う校正工程と、一対の電極を用い測定溶液のpHを第1pHスケールとして測定する第1測定工程と、滴定工程で測定された測定項目の値と予め定められた数式とに基づき第1pHスケールと異なる測定溶液の第2pHスケールを算出する算出工程と、第1測定工程で測定された第1pHスケールの値と算出工程で算出された第2pHスケールの値との関係を示す補正関数を算出する補正関数算出工程と、補正関数算出工程で算出された補正関数を用い前記第1pHスケールと異なる第2pHスケールに変換するスケール変換工程とを備える。   6th invention is a measuring method which measures pH of the said measurement solution which uses seawater as a measurement solution based on the voltage (potential difference) produced between the said electrodes using a pair of electrode which consists of a glass electrode and a comparison electrode. The method described above is based on the alkalinity titration in at least one of the alkalinity titration in the closed cell method (sealed alkalinity titration) and the alkalinity titration in the semi-closed method (alkalinity titration in a state close to sealing). A titration step for measuring at least two or more measurement items of carbonic acid in seawater in advance, a calibration step for calibrating a glass electrode using a predetermined calibration solution, and a pH of the measurement solution using a pair of electrodes as a first pH A first measurement step for measuring as a scale, a calculation step for calculating a second pH scale of a measurement solution different from the first pH scale based on a value of a measurement item measured in the titration step and a predetermined mathematical formula, and a first measurement Calculate a correction function indicating the relationship between the value of the first pH scale measured in the process and the value of the second pH scale calculated in the calculation process That comprises a correction function calculating step, and a scale conversion step of converting said first 1pH scale using a correction function calculated in the correction function calculating step different from the 2pH scale.

第7の発明は、上記第6の発明において、滴定工程によって測定される測定溶液の海水の炭酸系の測定項目は、全炭酸濃度、全アルカリ度、水素イオン濃度指数、二酸化炭素分圧から成る群から選ばれる少なくとも2つ以上であることを特徴とする。   In a seventh aspect based on the sixth aspect, the measurement item of the carbonic acid system of the seawater of the measurement solution measured by the titration step includes total carbonic acid concentration, total alkalinity, hydrogen ion concentration index, and carbon dioxide partial pressure. It is characterized by being at least two or more selected from the group.

第8の発明は、ガラス電極と比較電極とからなる一対の電極を用い当該電極間に生じた電圧(電位差)に基づき海水を測定溶液とする当該測定溶液のpHを測定する測定方法である。上記方法は、測定溶液に少なくとも1種の比色指示薬を含ませた当該測定溶液に酸を滴下し、予め定められた波長における測定溶液の吸光度を測定し予め定められた数式に基づき測定溶液の海水の水素イオン濃度を予め測定する吸光度測定工程と、予め定められた校正液を用いガラス電極の校正を行う校正工程と、一対の電極を用い測定溶液のpHを第1pHスケールとして測定する第1測定工程と、吸光度測定工程で測定された水素イオン濃度の値と予め定められた数式とに基づき第1pHスケールと異なる測定溶液の第2pHスケールを算出する算出工程と、第1測定工程で測定された第1pHスケールの値と算出工程で算出された第2pHスケールの値との関係を示す補正関数を算出する補正関数算出工程と、補正関数算出工程で算出された補正関数を用い前記第1pHスケールと異なる第2pHスケールに変換するスケール変換工程とを備える。   The eighth invention is a measurement method for measuring the pH of a measurement solution using seawater as a measurement solution based on a voltage (potential difference) generated between the electrodes using a pair of electrodes consisting of a glass electrode and a reference electrode. In the above method, acid is dropped into the measurement solution containing at least one colorimetric indicator in the measurement solution, the absorbance of the measurement solution at a predetermined wavelength is measured, and the measurement solution is measured based on a predetermined mathematical formula. An absorbance measurement step of measuring the hydrogen ion concentration of seawater in advance, a calibration step of calibrating the glass electrode using a predetermined calibration solution, and a first measuring the pH of the measurement solution as a first pH scale using a pair of electrodes Measured in the measurement step, the calculation step for calculating the second pH scale of the measurement solution different from the first pH scale based on the value of the hydrogen ion concentration measured in the absorbance measurement step and a predetermined mathematical formula, and the first measurement step A correction function calculating step for calculating a correction function indicating a relationship between the value of the first pH scale and the value of the second pH scale calculated in the calculating step, and the correction function calculating step. And a scale conversion step of converting a different second 2pH scale the first 1pH scale using the correction functions.

第9の発明は、測定溶液を海水とし当該測定溶液のpHを測定する測定装置である。上記装置は、ガラス電極と比較電極からなる一対の電極(電極対)と、一対の電極間に生じた電圧(電位差)を測定する電圧計と、測定溶液の塩分および温度を測定する塩分測定手段、測定溶液の炭酸系の測定項目を測定する炭酸系測定手段、アルカリ度滴定法により記測定溶液の炭酸系の測定項目を測定する滴定測定手段、測定溶液に少なくとも1種の比色指示薬を含ませた当該測定溶液に酸を滴下し、予め定められた波長における測定溶液の吸光度を測定し予め定められた数式に基づき測定溶液の海水の水素イオン濃度を測定する吸光度測定手段から成る群から選ばれる測定手段のうち少なくとも1つの手段と、電圧計によって測定された電圧と測定手段によって測定された値とに基づき必要に応じた測定溶液のpHスケールを算出する処理手段とを備える。また、電極対の等電位pHが7.2−8.2の範囲にあることを特徴とする。   9th invention is a measuring apparatus which uses seawater as a measurement solution and measures the pH of the measurement solution. The apparatus includes a pair of electrodes (electrode pair) composed of a glass electrode and a reference electrode, a voltmeter for measuring a voltage (potential difference) generated between the pair of electrodes, and a salinity measuring means for measuring the salinity and temperature of the measurement solution. , A carbonic acid measurement means for measuring a carbonic acid measurement item of the measurement solution, a titration measurement means for measuring the carbonic acid measurement item of the measurement solution by an alkalinity titration method, and at least one colorimetric indicator is contained in the measurement solution Selected from the group consisting of absorbance measurement means for dropping acid into the measurement solution, measuring the absorbance of the measurement solution at a predetermined wavelength, and measuring the hydrogen ion concentration of seawater in the measurement solution based on a predetermined mathematical formula Calculating the pH scale of the measurement solution as needed based on at least one of the measurement means to be measured, the voltage measured by the voltmeter and the value measured by the measurement means And a physical means. In addition, the equipotential pH of the electrode pair is in the range of 7.2-8.2.

本発明によれば、簡易に精度良く測定溶液の溶液、特に海水のpHを算出することができる測定方法およびその方法を用いた測定装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a measurement method that can easily and accurately calculate the solution of a measurement solution, in particular, the pH of seawater, and a measurement device using the method.

本発明に係る測定方法を用いた測定装置の概略図Schematic of a measuring apparatus using the measuring method according to the present invention 本発明に係る装置においてpHガラス電極2および比較電極3を用いてpHを測定する際の電池図Battery diagram when measuring pH using the pH glass electrode 2 and the comparative electrode 3 in the apparatus according to the present invention. 等電位pHが7の場合の図Diagram when equipotential pH is 7 等電位pHが8の場合の図Diagram when equipotential pH is 8 等電位pHが4の場合の図Diagram when equipotential pH is 4 図2に示した装置によるpHの測定の流れを示したフローチャート(第1の実施形態)Flowchart showing the flow of pH measurement by the apparatus shown in FIG. 2 (first embodiment) 海水用緩衝液で算出されたfTとNBS緩衝液で算出されたfNBSとを示す図Shows the f NBS calculated by f T and NBS buffer calculated in seawater buffer 海水用緩衝液で算出されたpH(INT)とNBS緩衝液で算出されたpH(INNBS)とを示す図Figure showing pH (IN T ) calculated with seawater buffer and pH (IN NBS ) calculated with NBS buffer 図2に示した装置によるpHの測定の流れを示したフローチャート(第2の実施形態)Flowchart showing the flow of pH measurement by the apparatus shown in FIG. 2 (second embodiment) 第3の実施形態に係る方法の手順を示したフローチャートThe flowchart which showed the procedure of the method which concerns on 3rd Embodiment pHTとpHNBSとの関係を示した図Diagram showing the relationship between pH T and pH NBS

本発明に係るpHの測定方法およびその方法を用いた測定装置を説明する前に、まず、一般的なpHの定義を簡単に説明する。   Before describing the pH measurement method and the measurement apparatus using the method according to the present invention, first, a general definition of pH will be briefly described.

なお、本明細書の文章中では、便宜上、定数や補正項など、通常用いられるイタリック体ではなく普通の書体で表記することがある。   In the text of this specification, for the sake of convenience, constants, correction terms, and the like may be written in ordinary typefaces instead of the usual italic type.

以下の式(1)および式(2)は、ガラス電極(glass [H+] electrode)を用いてpHを測定する際の電池図である。まず、電池の起電力Exを測定する。 The following formulas (1) and (2) are battery diagrams when pH is measured using a glass electrode (glass [H + ] electrode). First, to measure the electromotive force E x of the battery.

Figure 2012107986
Figure 2012107986

次に、電池の起電力ESを測定する。 Next, to measure the electromotive force E S of the battery.

Figure 2012107986
Figure 2012107986

いま、いずれの電池も同一の温度に保たれており、比較電極も塩橋もそれぞれ同じものを用いるものとする。このとき、溶液XのpH(pH(X)とする)と溶液SのpH(pH(S)とする)と、式(3)によって定義される。   Now, all the batteries are maintained at the same temperature, and the same reference electrode and salt bridge are used. At this time, the pH of the solution X (referred to as pH (X)) and the pH of the solution S (referred to as pH (S)) are defined by the equation (3).

Figure 2012107986
Figure 2012107986

なお、上記式(3)において、Rはガス定数、Tは温度(K)、Fはファラデー定数である。   In the above formula (3), R is a gas constant, T is a temperature (K), and F is a Faraday constant.

以上が一般的なpHの定義についての説明である。   The above is the explanation about the general definition of pH.

次に、海水の場合のpHについて、以下、簡単に説明する。   Next, the pH in the case of seawater will be briefly described below.

海水には数々の塩類が溶解しており、上述した一般的なpHの定義と異なり、トータルスケールpH(pHTと記載することもある)やSWSスケールpH(pHswsと記載することもある)など、pHの様々なスケールが定義されている。 Numerous salts are dissolved in seawater. Unlike the general definition of pH described above, total scale pH (sometimes described as pH T ), SWS scale pH (sometimes described as pHsws), etc. Various scales of pH have been defined.

なお、海水においては、以下のように示すことができる。   In seawater, it can be shown as follows.

pHF=[H+]F
pHF:フリースケール
[H+]F:遊離水素イオン濃度
[H+]T=[H+]F(1+ST/Ks)≒[H+]F+[HSO4 -] …(4)
pH F = [H + ] F
pH F : Free scale
[H + ] F : Free hydrogen ion concentration
[H +] T = [H +] F (1 + S T / Ks) ≒ [H +] F + [HSO 4 -] ... (4)

Figure 2012107986
Figure 2012107986

pHT:トータルスケール
[H+]sws=[H+]F+[HSO4 -]+[HF]
pHsws=-log[H+]sws
pHsws:SWSスケール
ST=[HSO4 -]+[SO4 2-]
KS=[H+]F[SO4 2-]/[HSO4 -] …(6)
pH T : Total scale
[H +] sws = [H +] F + [HSO 4 -] + [HF]
pH sws = -log [H + ] sws
pH sws : SWS scale
S T = [HSO 4 -] + [SO 4 2-]
K S = [H +] F [SO 4 2-] / [HSO 4 -] ... (6)

つまり、トータルスケールpH(pHT)とは、上記式(4)と式(5)とで定義される値のことであり、海水の場合のpHは、上述した一般的なpHの定義と異なり、トータルスケールpH(pHT)で示すことが多い。なお、具体的には、トータルスケールpH(pHT)を測定する場合、pH電極の校正は、海水を測定することを想定し、海水の組成に近い溶媒に緩衝液を溶解させて標準溶液とした校正溶液(Tris-HCl緩衝液、AMP緩衝液等)を用いて当該pH電極の校正を行う。なお、以下の説明において、海水を測定することを想定した校正溶液(Tris-HCl緩衝液、AMP緩衝液等)を海水用緩衝液と称すことがある。 That is, the total scale pH (pH T ) is a value defined by the above formulas (4) and (5), and the pH in the case of seawater is different from the general definition of pH described above. It is often indicated by the total scale pH (pH T ). Specifically, when measuring the total scale pH (pH T ), the calibration of the pH electrode assumes that seawater is measured, and a buffer solution is dissolved in a solvent close to the composition of seawater to obtain a standard solution. The pH electrode is calibrated using the calibration solution (Tris-HCl buffer, AMP buffer, etc.). In the following description, calibration solutions (Tris-HCl buffer, AMP buffer, etc.) that are supposed to measure seawater may be referred to as seawater buffers.

以上が海水の場合のpHについての説明である。   The above is description about pH in the case of seawater.

本発明に係るpHの測定方法は、上述した各式に基づいた換算方法によって、JIS緩衝系(日本工業規格(JIS)の規格で定義される校正方法)やNBS緩衝系(National Bureau of Standards (NBS)で定義される校正方法)で校正されたpH電極で測定しても、精度良くトータルスケールpH(pHT)を算出することのできるpHの測定方法、およびその方法を用いた測定装置である。 The pH measurement method according to the present invention is based on a conversion method based on the above-described formulas, and a JIS buffer system (a calibration method defined by the Japanese Industrial Standard (JIS) standard) or an NBS buffer system (National Bureau of Standards ( NBS) is a calibration method defined in (NBS), and a pH measurement method that can calculate the total scale pH (pH T ) with high accuracy even with measurement using a pH electrode calibrated. is there.

次に、本発明に係るpHの測定方法(以下、単に測定方法と称すことがある)について説明する。なお、本発明に係る測定方法は、例えば、図2に示すような装置構成により実現される。   Next, a method for measuring pH according to the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as a measuring method) will be described. Note that the measuring method according to the present invention is realized by, for example, an apparatus configuration as shown in FIG.

図1は、本発明に係る測定方法を用いた測定装置(以下、単に装置と称すことがある)の概略図である。図1に示すように、装置は、一例として、電圧計1(電位差計と称すこともある)に、pHガラス電極2(pH glass electrode)および比較電極3(reference electrode)が接続されている。なお、図1に示した装置は、いわゆるガラス電極法と言われ、pHガラス電極2および比較電極3は測定溶液(sample)に浸され、これら電極に間に生じた電圧(電位差)を測定することにより後述する処理手段が上記測定溶液のpHを算出する。なお、図1に示す測定溶液は、特に断りのない限り、一例として、海水であると仮に想定して、以下説明する。   FIG. 1 is a schematic diagram of a measuring apparatus (hereinafter, simply referred to as an apparatus) using the measuring method according to the present invention. As shown in FIG. 1, as an example, the apparatus includes a voltmeter 1 (sometimes referred to as a potentiometer) connected to a pH glass electrode 2 and a reference electrode 3 (reference electrode). The apparatus shown in FIG. 1 is said to be a so-called glass electrode method. The pH glass electrode 2 and the comparative electrode 3 are immersed in a measurement solution (sample), and the voltage (potential difference) generated between these electrodes is measured. Thus, the processing means described later calculates the pH of the measurement solution. The measurement solution shown in FIG. 1 will be described below assuming that it is seawater as an example unless otherwise specified.

pHガラス電極2は、支持管4の先端にpHに敏感に反応するpH感応ガラス5(pH sensitive glass)の薄膜が形成され、当該支持管4内に内部液として飽和KCl溶液6に浸されたAg/AgCl電極が備わっているものである。   The pH glass electrode 2 has a thin film of pH sensitive glass 5 (pH sensitive glass) that reacts sensitively to pH at the tip of the support tube 4 and is immersed in the saturated KCl solution 6 as an internal solution in the support tube 4. An Ag / AgCl electrode is provided.

また、比較電極3は、支持管4の先端に液絡7(liquid junction;塩橋とも称され、微小穴、多孔質セラミック、ガラス摺り合わせ、pHに感応しないガラスや素材等からなる)が形成され、当該支持管4内に内部液として飽和KCl溶液6に浸されたAg/AgCl電極が備わっているものである。   Further, the reference electrode 3 is formed with a liquid junction (also called a salt bridge, which is made of a minute hole, a porous ceramic, a glass slide, a glass or a material not sensitive to pH) at the tip of the support tube 4. The support tube 4 is provided with an Ag / AgCl electrode immersed in a saturated KCl solution 6 as an internal liquid.

つまり、図1に示す装置において、pHガラス電極2と比較電極3とは、それぞれpH感応ガラス5と液絡7とを除いてシンメトリーである。   That is, in the apparatus shown in FIG. 1, the pH glass electrode 2 and the comparison electrode 3 are symmetrical except for the pH sensitive glass 5 and the liquid junction 7.

なお、電圧計1には、処理手段8が接続されており、測定溶液に浸されたpHガラス電極2および比較電極3の間に生じた電圧(電位差)を測定することにより測定溶液のpHを算出する。また、この処理手段8には図示しない記憶手段が備わっている。この記憶手段は、後述より明らかとなるが、当該処理手段8が測定溶液のpHを算出する際に用いる換算式等が予め記憶されていたり、pHガラス電極2の校正を行った際の校正結果等が記憶されたりするようになっている。   The voltmeter 1 is connected to a processing means 8 and measures the voltage (potential difference) generated between the pH glass electrode 2 and the comparison electrode 3 immersed in the measurement solution, thereby adjusting the pH of the measurement solution. calculate. Further, the processing means 8 is provided with a storage means (not shown). As will be apparent from the description below, the storage means stores a conversion formula used when the processing means 8 calculates the pH of the measurement solution in advance, or a calibration result when the pH glass electrode 2 is calibrated. Etc. are memorized.

次に本発明に係る測定方法の各実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態に係る方法は上述の図1に示した装置を用いることとする。   Next, each embodiment of the measuring method according to the present invention will be described. The method according to each of the following embodiments uses the apparatus shown in FIG.

(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態として、処理手段8は、異なる2以上の任意の緩衝溶液でそれぞれpHガラス電極2を校正した場合の、当該pHガラス電極2の特性を示す補正数を算出し記憶する。そして、処理手段8は、測定溶液のpHを測定し、当該pHを上記補正数を用いトータルスケールpH(pHT)に換算するものである。
(First embodiment)
First, as a first embodiment, the processing means 8 calculates and stores a correction number indicating the characteristics of the pH glass electrode 2 when the pH glass electrode 2 is calibrated with two or more different arbitrary buffer solutions. . The processing means 8 measures the pH of the measurement solution, and converts the pH into a total scale pH (pH T ) using the correction number.

ここで、上記装置においてpHガラス電極2および比較電極3を用いてpHを測定する際の電池図を図2に示す。図2に示す電池図においてネルンスト式が成り立ち、当該電池図における電位は、上記式(3)より、以下の式(7)で示すことができる。なお、以下の式(7)において、pH(X)は測定溶液(sample)のpHであり、pH(IN)はpHガラス電極2の内側のpHであり、Rはガス定数、Tは温度(K)、Fはファラデー定数である。   Here, FIG. 2 shows a battery diagram when the pH is measured using the pH glass electrode 2 and the comparative electrode 3 in the above apparatus. The Nernst equation is established in the battery diagram shown in FIG. 2, and the potential in the battery diagram can be expressed by the following equation (7) from the above equation (3). In the following formula (7), pH (X) is the pH of the measurement solution (sample), pH (IN) is the pH inside the pH glass electrode 2, R is the gas constant, and T is the temperature ( K) and F are Faraday constants.

Figure 2012107986
Figure 2012107986

なお、図2および上記式(7)より、pH(IN)は、pHガラス電極2の内側のpHであるが、例えば海水に限らず、仮に内部液と同じ組成で、同じpHの溶液を測定溶液として測定した場合、pH感応ガラス5を境界にして同じ組成の溶液を測定することになる。従って、EIN=EXとなり電位は生じず、上記式(7)より、pH(X)=pH(IN)となり、内部液のpH(IN)が、図2に示した電極対の0mVを示す等電位pHとなる。さらに、図2に示す電極対に限らず、pHを測定する際の電極対は、一般的には上記等電位pHを基準として、 From FIG. 2 and the above formula (7), pH (IN) is the pH inside the pH glass electrode 2. For example, not only seawater but also a solution having the same composition and the same pH as the internal liquid is measured. When measured as a solution, a solution having the same composition is measured with the pH sensitive glass 5 as a boundary. Therefore, E IN = E X and no potential is generated. From the above formula (7), pH (X) = pH (IN), and the pH (IN) of the internal solution is 0 mV of the electrode pair shown in FIG. The equipotential pH shown is obtained. Furthermore, not only the electrode pair shown in FIG. 2, but the electrode pair when measuring pH is generally based on the equipotential pH.

Figure 2012107986
を水素イオンの活量として、以下の式(8)に従うことが知られている。
Figure 2012107986
Is known to follow the following formula (8), where

Figure 2012107986
Figure 2012107986

つまり、図2の電池図において、pHガラス電極2側の溶液「sat.KCl+pH(IN)buffer」(飽和KCl溶液+pHがpH(IN)である緩衝液)のpHを変えることで、等電位pHを変えることができる。ここで、比較電極3側とガラス電極2側とでAg/AgCl電極に電位の差が無く、液絡の電位が無視できるほど小さければ、等電位pHは「sat.KCl+pH(IN)buffer」(飽和KCl溶液+pHがpH(IN)である緩衝液)のpHに支配されることになる。従って、内部液、つまり「sat.KCl+pH(IN)buffer」(飽和KCl溶液+pHがpH(IN)である緩衝液)がpH6.86やpH7.00の緩衝液ならば、等電位pHはpH6.86やpH7.00をとる。   That is, in the battery diagram of FIG. 2, by changing the pH of the solution “sat.KCl + pH (IN) buffer” (saturated KCl solution + buffer whose pH is pH (IN)) on the pH glass electrode 2 side, etc. The potential pH can be changed. Here, if there is no difference in potential between the Ag / AgCl electrodes on the comparison electrode 3 side and the glass electrode 2 side and the potential of the liquid junction is small enough to be ignored, the equipotential pH is “sat.KCl + pH (IN) buffer”. ”(Saturated KCl solution + buffer where pH is pH (IN)). Therefore, if the internal solution, that is, “sat.KCl + pH (IN) buffer” (saturated KCl solution + buffer whose pH is pH (IN)) is pH 6.86 or pH 7.00, the equipotential pH is Takes pH 6.86 or pH 7.00.

ここで、内部液、つまり「sat.KCl+pH(IN)buffer」(飽和KCl溶液+pHがpH(IN)である緩衝液)が温度によって、あまり変化のない緩衝液と仮定すると、等電位pHが、pH7.0、pH8.0、pH4.0のときのpH電極で、pH8付近の溶液を様々な温度で測定したときの電極電位を図3〜図5に示す。   Here, assuming that the internal solution, that is, “sat.KCl + pH (IN) buffer” (saturated KCl solution + buffer whose pH is pH (IN)) is a buffer solution that does not change much with temperature, equipotential pH However, FIG. 3 to FIG. 5 show the electrode potentials when the pH electrode at pH 7.0, pH 8.0, and pH 4.0 was measured at various temperatures for solutions near pH 8.

上述したように、pHガラス電極2は、等電位pHを基準にネルンスト応答をするので、図3〜図5に示したように、pH8付近の測定溶液を測定する場合、等電位pHをpH=8にしておけば、図2に示した電池図の電極対では温度の影響を受ける割合を少なくすることで正確なpHを測定できることがわかる。   As described above, the pH glass electrode 2 has a Nernst response based on the equipotential pH. Therefore, as shown in FIGS. 3 to 5, when measuring a measurement solution near pH 8, the equipotential pH is set to pH = If it is set to 8, it can be seen that the electrode pair of the battery diagram shown in FIG.

本発明に係る方法、およびそれを用いた測定装置は、一例として、特に海水のpHを測定することを想定している。海水のpHはpH7.4〜8.2である。従って、正確に海水のpHを測定するには、図2に示した電池図の電極対において、等電位pHをpH8に近くすればよい。   As an example, the method according to the present invention and the measurement apparatus using the method are supposed to measure the pH of seawater. The pH of seawater is pH 7.4-8.2. Therefore, in order to accurately measure the pH of seawater, the equipotential pH should be close to pH 8 in the electrode pair of the battery diagram shown in FIG.

次に、図1に示したpHガラス電極2の校正について説明する。なお、校正とは、測定器からの出力と、測定の対象となる値との関係を決定付けることであるが、本説明でいう校正とは、電気化学分野における、いわゆるpH電極の校正のことを指す。   Next, calibration of the pH glass electrode 2 shown in FIG. 1 will be described. The calibration is to determine the relationship between the output from the measuring instrument and the value to be measured. The calibration referred to in this description is the so-called pH electrode calibration in the electrochemical field. Point to.

ここで、校正液1(X1)、校正液2(X2)の2種を用いて校正する場合、これら2種の校正液の温度は一定とした場合、図1や図2に示したpHガラス電極2に限らず、pHを測定するための電極が理想的にネルンスト応答するならば、上記式(8)に従う。しかしながら、実際には理想的にネルンスト応答しない場合もあるので、電位幅に対する補正項をKsとすると、上記式(7)より、以下の式(8)、式(9)が成り立つ。   Here, when calibrating using two kinds of calibration liquid 1 (X1) and calibration liquid 2 (X2), when the temperature of these two kinds of calibration liquids is constant, the pH glass shown in FIG. 1 and FIG. If the electrode for measuring pH is not limited to the electrode 2 and ideally has a Nernst response, the above equation (8) is followed. However, in reality, there is a case where Nernst response does not occur ideally. Therefore, if the correction term for the potential width is Ks, the following expressions (8) and (9) are established from the above expression (7).

Figure 2012107986
Figure 2012107986

Figure 2012107986
Figure 2012107986

いま、校正液1のpHをpH(X1)、そのときの出力電位(例えば、図1の装置であれば電圧計の値)をEx1とし、校正液2のpHをpH(X2)、そのときの出力電位(例えば、図1の装置であれば電圧計の値)をEx2とし、EIN=0とすれば、上記式(9)および式(10)より、pH(IN)と補正項ksとを求めることができる。そして、当該求められたpH(IN)と補正項ksとに基づいて、pHガラス電極2の特性を示す補正数を算出することができる。 Now, the pH of calibration fluid 1 is pH (X1), the output potential at that time (for example, the value of the voltmeter in the case of the apparatus of FIG. 1) is E x1 , the pH of calibration fluid 2 is pH (X2), If the output potential at that time (for example, the value of the voltmeter in the case of the apparatus of FIG. 1) is E x2 and E IN = 0, the pH (IN) is corrected from the above equations (9) and (10) The term ks can be obtained. Based on the determined pH (IN) and the correction term ks, the correction number indicating the characteristics of the pH glass electrode 2 can be calculated.

以下、具体的に、第1の実施形態に係る方法の測定手順を説明する。なお、第1の実施形態に係る方法は、例えば、図1に示した装置を用いることが可能であるので、図1に示した装置を用いる場合を例に説明する。   Hereinafter, the measurement procedure of the method according to the first embodiment will be specifically described. Note that the method according to the first embodiment can use, for example, the apparatus shown in FIG. 1, and therefore the case where the apparatus shown in FIG. 1 is used will be described as an example.

図6は、図1に示した装置によるpHの測定の流れを示したフローチャートである。なお、図1の測定溶液は海水として以下説明する。まず、第1の実施形態に係る方法については、測定溶液のトータルスケールpH(pHT)を実際に測定する前に、予め補正数を求める必要がある(図6では工程11〜16)。 FIG. 6 is a flowchart showing a flow of pH measurement by the apparatus shown in FIG. In addition, the measurement solution of FIG. 1 is demonstrated below as seawater. First, in the method according to the first embodiment, it is necessary to obtain the correction number in advance before actually measuring the total scale pH (pH T ) of the measurement solution (steps 11 to 16 in FIG. 6).

具体的には、図6の工程11において、pHガラス電極2を海水用緩衝液(1)で校正を行う。具体的には、上記海水用緩衝液をTris-HCl緩衝液として、当該Tris-HCl緩衝液のpHをpH(XTris)、そのときの出力電位(例えば、図1の装置であれば電圧計の値)をETrisとする。 Specifically, in step 11 of FIG. 6, the pH glass electrode 2 is calibrated with a seawater buffer solution (1). Specifically, the seawater buffer is the Tris-HCl buffer, the pH of the Tris-HCl buffer is pH (X Tris ), and the output potential at that time (for example, the voltmeter in the apparatus of FIG. 1). Is E Tris .

次に、図6の工程12において、pHガラス電極2を海水用緩衝液(2)で校正を行う。具体的には、上記海水用緩衝液をAMP緩衝液として、当該AMP緩衝液のpHをpH(XAMP)、そのときの出力電位(例えば、図1の装置であれば電圧計の値)をEAMPとする。 Next, in step 12 of FIG. 6, the pH glass electrode 2 is calibrated with a seawater buffer solution (2). Specifically, the seawater buffer is an AMP buffer, the pH of the AMP buffer is pH (X AMP ), and the output potential at that time (for example, the value of a voltmeter in the case of the apparatus of FIG. 1) E AMP .

そして、処理手段8はpH(X1)をpH(XTris)とし、pH(X2)をpH(XAMP)とし、EIN=0とすれば、上記式(9)および式(10)より、pH(IN)と補正項ksとを求めることができる(図6の工程13)。なお、海水のトータルスケールpH(pHT)は、通常、Tris-HCl緩衝液、AMP緩衝液等の海水を想定した緩衝液を用いて当該pHガラス電極2の校正が行われるので、上記式(9)および式(10)より求められたpH(IN)をpH(INT)とし、補正項ksをksTとする。 Then, the processing means 8 sets pH (X1) to pH (X Tris ), pH (X2) to pH (X AMP ), and E IN = 0, from the above formula (9) and formula (10), The pH (IN) and the correction term ks can be obtained (step 13 in FIG. 6). Note that the total scale pH (pH T ) of seawater is usually calibrated for the pH glass electrode 2 using a buffer solution that assumes seawater such as a Tris-HCl buffer solution and an AMP buffer solution. 9) and pH (IN) obtained from equation (10) are set to pH (IN T ), and the correction term ks is set to ks T.

次に、図6の工程14において、pHガラス電極2をNBS緩衝系における緩衝液(例えば、リン酸緩衝液、フタル酸緩衝液等)で校正を行う。具体的には、NBS緩衝系における任意の異なる2種の緩衝液をそれぞれ校正液(NBS1)および校正液(NBS2)とする。そして、校正液(NBS1)のpHをpH(XNBS1)そのときの出力電位をENBS1、および校正液(NBS1)のpHをpH(XNBS2)そのときの出力電位をENBS1とする。 Next, in step 14 of FIG. 6, the pH glass electrode 2 is calibrated with a buffer solution (for example, phosphate buffer solution, phthalate buffer solution, etc.) in the NBS buffer system. Specifically, two different buffer solutions in the NBS buffer system are used as a calibration solution (NBS1) and a calibration solution (NBS2), respectively. Then, pH (X NBSl) the pH of the calibration solution (NBSl) to the output potential of the E NBSl the output potential when, and pH The pH of the calibration solution (NBS1) (X NBS2) at that time and E NBSl.

その後、処理手段8はpH(X1)をpH(XNBS1)とし、pH(X2)をpH(XNBS2)とし、EIN=0とすれば、上記式(9)および式(10)より、pH(IN)と補正項ksとを求めることができる。なお、このように上記式(9)と(10)とにより求められたpH(IN)をpH(INNBS)とし、補正項ksをksNBSとする(図6の工程15)。 Thereafter, the processing unit 8 the pH (X1) and pH (X NBSl), pH and (X2) and pH (X NBS2), if E IN = 0, the above equation (9) and (10), The pH (IN) and the correction term ks can be obtained. Note that the pH (IN) obtained by the above equations (9) and (10) is set to pH (IN NBS ), and the correction term ks is set to ks NBS (step 15 in FIG. 6).

なお、以下の説明において、NBS緩衝系における緩衝液をNBS緩衝液と称すことがある。   In the following description, a buffer solution in the NBS buffer system may be referred to as an NBS buffer solution.

図6の工程16において、処理手段8は補正数α、βをそれぞれ算出する。なお、α、βはpHガラス電極2の特性の差を補正数である。一般的に、図1や図2に示したpHガラス電極2に限らずpH電極には当該pH電極の(例えば、製造メーカーや型番の違い等による)固有の特性があり、α、βはpH電極のその特性の差を補正するための補正数である。   In step 16 of FIG. 6, the processing means 8 calculates correction numbers α and β, respectively. Α and β are correction numbers for differences in the characteristics of the pH glass electrode 2. In general, the pH electrode is not limited to the pH glass electrode 2 shown in FIGS. 1 and 2, and the pH electrode has characteristics inherent to the pH electrode (for example, due to differences in manufacturer or model number), and α and β are pH values. This is the correction number for correcting the difference in the characteristics of the electrodes.

なお、pHスケールにおいてNBSとTotalとではもともとスケールが違うので、Tris-HCl緩衝液とAMP緩衝液とで求めたpH(INT)とNBS緩衝液とで算出されたpH(INNBS)とは一致することはなく、海水用緩衝液で算出されたksTとNBS緩衝液とで算出されたksNBSとも一致するとは限らない。そのため、別のスケールに変換する時には、補正数α、βによってその特性を補正必要がある。なお、α、βによる補正とは、以下の式(11)、(12)で示すことができる。 In addition, since the scale is originally different between NBS and Total on the pH scale, the pH (IN T ) calculated with Tris-HCl buffer and AMP buffer and the pH (IN NBS ) calculated with NBS buffer are never coincide, not necessarily coincide with ks NBS calculated in the ks T and NBS buffer calculated in seawater buffer. Therefore, when converting to another scale, it is necessary to correct the characteristics by the correction numbers α and β. The correction by α and β can be expressed by the following equations (11) and (12).

ksT=ksNBS + α …(11)
pH(INT)= pH(INNBS) + β …(12)
ks T = ks NBS + α (11)
pH (IN T ) = pH (IN NBS ) + β (12)

ここで、実際にpH(XT)とksT、およびpH(XNBS)とksNBSとを算出した結果を図7および図8にそれぞれ示す。また、図7および図8に示すように、上記工程11〜13、工程14〜15をそれぞれ5回行った。なお、図6のフローチャートにおいて、工程14〜15を先に行い、その後、上記工程11〜13を行ってもよい。 Here, the results of actually calculating pH (X T ) and ks T , and pH (X NBS ) and ks NBS are shown in FIGS. 7 and 8, respectively. Moreover, as shown in FIG.7 and FIG.8, the said process 11-13 and the process 14-15 were each performed 5 times. In the flowchart of FIG. 6, steps 14 to 15 may be performed first, and then steps 11 to 13 may be performed.

まず、図7に示すように、ksNBS≒ksTであるので、α≒0とすることができる。 First, as shown in FIG. 7, since ks NBS ≈ks T , α≈0 can be set.

また、図8から、pH(INT)-pH(INNBS)=-0.102であるので、β=-0.102が算出される。 Further, from FIG. 8, since pH (IN T ) −pH (IN NBS ) = − 0.102, β = −0.102 is calculated.

このように、処理手段8はα、βを算出する。なお、算出された当該α、βの値は処理手段8の記憶手段に記憶される。つまり、算出された上記α、βの値は、海水用緩衝液で校正したときと、NBS緩衝液で校正したときとの、pHガラス電極2の特性の差を補正する補正数である。   Thus, the processing means 8 calculates α and β. The calculated values of α and β are stored in the storage unit of the processing unit 8. That is, the calculated values of α and β are correction numbers for correcting the difference in the characteristics of the pH glass electrode 2 between the calibration with the seawater buffer and the calibration with the NBS buffer.

以上が、実際に測定溶液のトータルスケールpH(pHT)を測定する前に行う補正数を求める方法である。そして、以下の工程からが実際に測定溶液のトータルスケールpH(pHT)を測定する工程である。 The above is the method for obtaining the number of corrections performed before actually measuring the total scale pH (pH T ) of the measurement solution. From the following steps, the total scale pH (pH T ) of the measurement solution is actually measured.

その後、続く工程17において、例えば、実際に測定溶液のトータルスケールpH(pHT)を測定する直前に、NBS緩衝系でpHガラス電極2の校正を数点行い、測定溶液のpHを測定する(工程17)。なお、このとき測定される値はNBS緩衝系で校正を行ったので、pHNBSで、例えば処理手段8から出力される(工程18)。 Thereafter, in the subsequent step 17, for example, just before actually measuring the total scale pH (pH T ) of the measurement solution, several calibrations of the pH glass electrode 2 are performed with the NBS buffer system to measure the pH of the measurement solution ( Step 17). In addition, since the value measured at this time was calibrated by the NBS buffer system, it is output from, for example, the processing means 8 as pH NBS (step 18).

そして、処理手段8は、上記工程16で補正数α、βの値を記憶しているので、工程18で測定されたpHNBSについて上記式(12)を用いトータルスケールpH(pHT)に換算する。 Since the processing means 8 stores the values of the correction numbers α and β in the step 16, the pH NBS measured in the step 18 is converted into the total scale pH (pH T ) using the above formula (12). To do.

以上、第1の実施形態に係る測定方法によれば、簡易に精度良く測定溶液のトータルスケールpH(pHT)を算出することができる。つまり、海水の場合のpHは、通常の溶液の場合のpHと異なり、トータルスケールpH(pHT)で示されることが多い。なお、トータルスケールpHとは、pHT=-log([H+]+[HSO4 -])であり、[H+]は溶液中の水素イオン濃度、[HSO4 -]は溶液中の硫酸イオン濃度である。 As described above, according to the measurement method according to the first embodiment, the total scale pH (pH T ) of the measurement solution can be calculated easily and accurately. That is, the pH in the case of seawater is often indicated by the total scale pH (pH T ), unlike the pH in the case of a normal solution. The total scale pH is pH T = -log ([H + ] + [HSO 4 ]), [H + ] is the hydrogen ion concentration in the solution, and [HSO 4 ] is the sulfuric acid in the solution. Ion concentration.

一般的に、pH電極を用いて海水のトータルスケールpH(pHT)を測定する場合、通常、海水用校正液(Tris-HCl緩衝液、AMP緩衝液等)を用いて当該pH電極の校正を行うが、当該海水用校正液は取り扱いが非常に煩わしい。すなわち、pH電極を用いて海水のpHを精度良く測定しようとする場合を想定する。このとき、当該pH電極の校正を上記海水用緩衝液によって行う場合、当該海水用緩衝液を測定しようとする海水の組成と同じにする必要があるため、海水用緩衝液の調整に非常に手間がかかる他、Tris-HCl緩衝液は、温度によってpHが変動する。 In general, when measuring the total scale pH (pH T ) of seawater using a pH electrode, calibration of the pH electrode is usually performed using a calibration solution for seawater (Tris-HCl buffer, AMP buffer, etc.). However, the seawater calibration solution is very cumbersome to handle. That is, a case is assumed where the pH of seawater is to be measured accurately using a pH electrode. At this time, when calibration of the pH electrode is performed with the seawater buffer solution, it is necessary to make the seawater buffer solution the same as the composition of the seawater to be measured. In addition, the pH of the Tris-HCl buffer varies depending on the temperature.

そこで、上述したように、海水用校正液と、比較的取り扱いが容易なNBS緩衝液とでpH電極の特性を調べ、その特性を記憶しておき、実際の測定では比較的取り扱いが容易なNBS緩衝液で校正した後に測定溶液のpH、つまりpHNBSを測定する。なお、ここで、予めpH電極の特性は分かっているので、容易にpHNBSをトータルスケールpH(pHT)に変換することができる。すなわち、pH電極を用いて測定溶液のトータルスケールpH(pHT)を測定しようとするとき、取り扱いが煩雑な海水用校正液で毎回pH電極を校正する必要がなくなり、簡易に精度良く測定溶液のトータルスケールpH(pHT)を算出することができる。 Therefore, as described above, the characteristics of the pH electrode are investigated with the calibration solution for seawater and the NBS buffer that is relatively easy to handle, and the characteristics are stored, and the NBS that is relatively easy to handle in actual measurement. After calibrating with the buffer solution, the pH of the measurement solution, that is, pH NBS is measured. Here, since the characteristics of the pH electrode are known in advance, pH NBS can be easily converted to the total scale pH (pH T ). That is, when measuring the total scale pH (pH T ) of a measurement solution using a pH electrode, it is not necessary to calibrate the pH electrode each time with a calibration solution for seawater, which is cumbersome to handle. The total scale pH (pH T ) can be calculated.

(第2の実施形態)
次に本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態として、図2の測定溶液のpHNBSを測定するとともに、測定溶液の塩分を測定(または推定)した結果に基づいて、当該pHNBSをpHTに換算する方法である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. As a second embodiment, the measuring the pH NBS measurement solution of Figure 2, based on the salt of the measurement solution measured (or estimated) as a result, a method for converting the pH NBS to pH T.

以下、具体的に、第2の実施形態に係る方法の測定手順を説明する。なお、上述した第1の実施形態と同様に、第2の実施形態に係る方法においても、例えば、図1に示した装置を用いることが可能であるので、図1に示した装置を用いる場合を例に説明する。   Hereinafter, the measurement procedure of the method according to the second embodiment will be specifically described. As in the case of the first embodiment described above, the method shown in FIG. 1 can be used in the method according to the second embodiment, for example, so that the apparatus shown in FIG. 1 is used. Will be described as an example.

図9は、図1に示した装置によるpHの測定の流れを示したフローチャートである。なお、図1の測定溶液は海水として以下説明する。   FIG. 9 is a flowchart showing a flow of pH measurement by the apparatus shown in FIG. In addition, the measurement solution of FIG. 1 is demonstrated below as seawater.

図9の工程21において、pHガラス電極2をNBS緩衝系における緩衝液(例えば、リン酸緩衝液、フタル酸緩衝液等)で、例えば、測定溶液の測定を行う直前に校正を行う。そして、測定溶液のpH、つまり、pHNBSを測定し、処理手段8は当該結果を記憶手段に記憶する(図9の工程22)。 In step 21 of FIG. 9, the pH glass electrode 2 is calibrated with a buffer solution (for example, a phosphate buffer solution, a phthalate buffer solution, etc.) in an NBS buffer system, for example, immediately before the measurement solution is measured. Then, the pH of the measurement solution, that is, pH NBS is measured, and the processing unit 8 stores the result in the storage unit (step 22 in FIG. 9).

図9の工程23において、処理手段8は、例えば、塩分計などで予め測定された測定溶液の塩分および温度を読み込む。   In step 23 of FIG. 9, the processing means 8 reads the salinity and temperature of the measurement solution measured in advance with, for example, a salinity meter.

ここで、上記式(4)において、STは、海水の硫酸濃度で、通常の海水ならば組成が大きく変わることが無いので塩分の関数として、以下の式(13)で示すことができる。 Here, in the above formula (4), S T is the concentration of sulfuric acid seawater, since it is not the composition would normally seawater varies greatly as a function of salinity, can be shown by the following equation (13).

ST=(0.14/96.062)*(Salinity/1.80665) …(13) S T = (0.14 / 96.062) * (Salinity / 1.80665) (13)

また、
Z= [1+ (0.14/96.062)*(Salinity/1.80665)]/Ks …(14)
とおくと、上記式(14)より上記式(4)は、以下の式(15)のように整理することができる。
Also,
Z = [1+ (0.14 / 96.062) * (Salinity / 1.80665)] / K s (14)
In other words, from the above equation (14), the above equation (4) can be arranged as the following equation (15).

[H+]T=[H+]F/Z …(15) [H + ] T = [H + ] F / Z (15)

ここで、例えば、塩分計などで予め測定された測定溶液の塩分(S)および温度T(K)が、S(Salinity)=35、T(K)=20であったとすると、Zは1.29と算出される。   Here, for example, assuming that the salinity (S) and temperature T (K) of the measurement solution measured in advance with a salinometer or the like are S (Salinity) = 35 and T (K) = 20, Z is 1.29. Calculated.

なお、Sの値は外洋水ならば大きく変動することも無いので推測することもできる。   In addition, since the value of S does not fluctuate greatly if it is an open-sea water, it can also be estimated.

図9の工程24において、処理手段8は、これまでの工程で測定、算出された値に基づき、トータルスケールpH(pHT)を算出する。 In step 24 of FIG. 9, the processing means 8 calculates the total scale pH (pH T ) based on the values measured and calculated in the previous steps.

具体的には、上記工程24においては、以下の式(16)とする。   Specifically, in the step 24, the following equation (16) is used.

Figure 2012107986
Figure 2012107986

なお、a[H+]は水素イオン活量(上記式(8))、ffreeは遊離水素イオンに対する活量係数であり、ffree=0.9〜1.0であり、塩分から推定する方法がある。 Note that a [H +] is the hydrogen ion activity (the above formula (8)), f free is an activity coefficient for free hydrogen ions, f free = 0.9 to 1.0, and there is a method of estimating from salt content.

また、上述したようにSの値は求められており、上記式(13)よりSTの値を求めることができる。同様に、上述したようにZの値も求められており、上記式(14)よりKsの値を求めることができる。 The value of S as described above is sought, can be obtained the value of S T from the above equation (13). Similarly, the value of Z is obtained as described above, and the value of K s can be obtained from the above equation (14).

従って、上記式(4)に各値を代入することにより、[H+]Tを求めることができ、結果としてトータルスケールpH(pHT)を算出することができる。 Therefore, by substituting each value into the above equation (4), [H + ] T can be obtained, and as a result, the total scale pH (pH T ) can be calculated.

このように、予め測定溶液の塩分や温度を測定、および推測していれば、比較的取り扱いが容易なNBS緩衝液で校正した後に測定溶液のpH、つまりpHNBSを測定することによって、測定溶液のトータルスケールpH(pHT)を測定することができる。つまり、取り扱いが煩雑な海水用校正液で毎回pH電極を校正する必要がなくなり、簡易に精度良く測定溶液のトータルスケールpH(pHT)を算出することができる。 Thus, if the salinity and temperature of the measurement solution are measured and estimated in advance, the measurement solution is calibrated with the NBS buffer solution, which is relatively easy to handle, and then the pH of the measurement solution, that is, the pH NBS is measured. The total scale pH (pH T ) can be measured. That is, it is not necessary to calibrate the pH electrode each time with a calibration solution for seawater that is complicated to handle, and the total scale pH (pH T ) of the measurement solution can be calculated easily and accurately.

なお、第2の実施形態においても、上述した第1の実施形態と同様に、予めpHガラス電極2につき、処理手段8は補正数α、βをそれぞれ算出しておいてもよい。   In the second embodiment, the processing means 8 may calculate the correction numbers α and β for the pH glass electrode 2 in advance, as in the first embodiment.

(第3の実施形態)
次に本発明の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態として、pHTが既知の、海水に模したイオンを含む緩衝液(例えば、上述したTris-HCl緩衝液、AMP緩衝液等海水用緩衝液でもよい)で当該海水に模したイオンを含む緩衝液のpHTを求める。そして、NBS緩衝系で校正されたpH電極で当該海水に模したイオンを含む緩衝液を測定し、pH、つまりpHNBSを求める。その後、pHTとpHNBSとの関係を調べることにより、実際に測定溶液を測定して得られるpHNBSからpHTに換算する換算式を求めるものである。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. As a third embodiment, the seawater is imitated with a buffer solution having a known pH T and containing ions mimicking seawater (for example, the above-mentioned buffer solution for seawater such as Tris-HCl buffer solution and AMP buffer solution may be used). Determine the pH T of the buffer containing ions. And the buffer solution containing the ion which imitated the said seawater is measured with the pH electrode calibrated by the NBS buffer system, and pH, ie, pH NBS , is calculated | required. Thereafter, by examining the relationship between pH T and pH NBS , a conversion formula for converting the pH NBS obtained by actually measuring the measurement solution into pH T is obtained.

また、実際の海水を任意の方法(例えば、第1または第2の実施形態に係る方法)でpHTを求める。そして、NBS緩衝系で校正されたpH電極で当該海水を測定し、pH、つまりpHNBSを求める。その後、pHTとpHNBSとの関係を調べることにより、実際に測定溶液を測定して得られたpHNBSからpHTに換算する換算式を求めるものである。 Moreover, pH T is calculated | required by arbitrary methods (for example, the method which concerns on 1st or 2nd embodiment) from actual seawater. And the said seawater is measured with the pH electrode calibrated by the NBS buffer system, and pH, ie, pH NBS , is calculated | required. Thereafter, by examining the relationship between pH T and pH NBS , a conversion formula for converting the pH NBS obtained by actually measuring the measurement solution into pH T is obtained.

以下、具体的に、図10を示しつつ第3の実施形態に係る方法の測定手順を説明する。なお、第3の実施形態に係る方法は、例えば、図1に示した装置を用いることが可能であるので、図1に示した装置を用いた場合を例に説明する。図10は、第3の実施形態に係る方法の手順を示したフローチャートである。   Hereinafter, the measurement procedure of the method according to the third embodiment will be specifically described with reference to FIG. Note that the method according to the third embodiment can use the apparatus shown in FIG. 1, for example, and therefore, the case where the apparatus shown in FIG. 1 is used will be described as an example. FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of the method according to the third embodiment.

まず、図10の工程31において、例えば、測定を開始する直前にpHガラス電極2をNBS緩衝系で校正を行う。   First, in step 31 of FIG. 10, for example, the pH glass electrode 2 is calibrated with an NBS buffer system immediately before starting the measurement.

次に、図10の工程32において、まず、pHガラス電極2を用いてpHTが既知の海水に模したイオンを含む緩衝液(例えば、上述したTris-HCl緩衝液、AMP緩衝液等海水用緩衝液でもよい)や、実際の海水を例えば、第1または第2の実施形態に係る方法でpHTを求めた溶液のpHNBSを測定する。そして、例えば、処理手段8の記憶手段に当該pHNBSを記憶しておく。 Next, in step 32 of FIG. 10, first, a buffer solution containing ions simulating seawater having a known pH T using the pH glass electrode 2 (for example, the above-described Tris-HCl buffer solution, AMP buffer solution, etc. for seawater). PH NBS of a solution obtained by determining pH T by using the method according to the first or second embodiment, for example, from actual sea water may be measured. For example, the pH NBS is stored in the storage unit of the processing unit 8.

工程33において、pHTを測定、または算出する。上述したように、pHガラス電極2を用いてpHTが既知であり、かつ海水に模したイオンを含む海水標準pH緩衝液や、実際の海水のpHTを求め、pHTが分かっている溶液のpHNBSを測定する。特に、実際の海水のpHTを求める場合、例えば、第1または第2の実施形態に係る方法や、以下の方法(1)〜(5)によって、実際の海水のpHTを求めることもできる。 In step 33, pH T is measured or calculated. As described above, the pH T is known using the pH glass electrode 2, and the seawater standard pH buffer solution containing ions imitating seawater or the pH T of actual seawater is obtained and the pH T is known. Measure the pH NBS . It especially when obtaining the pH T actual seawater, for example, a method according to the first or second embodiment, by the following method (1) to (5), also to determine the pH T actual seawater .

方法(1):海水の全アルカリ度ATおよび全炭酸濃度CTからpHTを求める方法
海水の全アルカリ度AT、全炭酸濃度CT、および炭酸系の平衡については、DOE(1994)Handbook of methods for the analysis of the various parameter of the carbon dioxide system in sea water. Version 2, A.G.Dickson & C.Goyet, eds.ORNL/CDIAC-74に詳しいが、以下に示すことができる。
The method (1): total alkalinity A T and total alkalinity A T method seawater seeking pH T from the total carbonate concentration C T of seawater, the total carbonate concentration C T, and the equilibrium carbon dioxide system, DOE (1994) Handbook of methods for the analysis of the various parameters of the carbon dioxide system in sea water. Detailed in Version 2, AGDickson & C. Goyet, eds.ORNL / CDIAC-74.

二酸化炭素が水に溶けると、炭酸水素イオンHCO3 -(aq)、炭酸イオンCO3 2-(aq)が生成し、以下の式(20)〜式(23)に示すような平衡反応が成立する。 When carbon dioxide dissolves in water, bicarbonate ion HCO 3 - (aq), carbonate ion CO 3 2-(aq) is generated, the following equation (20) to (23) the equilibrium reaction as shown in the establishment To do.

Figure 2012107986
Figure 2012107986

Figure 2012107986
Figure 2012107986

Figure 2012107986
Figure 2012107986

Figure 2012107986
Figure 2012107986

なお、上記式(17)〜(20)において、H2CO3(aq)とCO2(aq)とを区別して議論するのは難しいので、H2CO3(aq)とCO2(aq)との合計をCO2 *(aq)として表現すると、以下の式(21)〜(22)になる。 The above formula (17) to (20), since the H 2 CO 3 (aq) and CO 2 (aq) and it is difficult to discuss distinguished, H 2 CO 3 (aq) and CO 2 (aq) Is expressed as CO 2 * (aq), the following equations (21) to (22) are obtained.

Figure 2012107986
Figure 2012107986

Figure 2012107986
Figure 2012107986

なお、上記式(21)および(22)の平衡は、平衡定数を使うことにより以下の式(23)〜(25)で示すことができる。   The balance of the above formulas (21) and (22) can be expressed by the following formulas (23) to (25) by using the equilibrium constant.

Figure 2012107986
Figure 2012107986

K1=[H+][HCO-]/[CO2 *] …(24)
K2=[H+][CO2 -]/[HCO-] …(25)
K 1 = [H + ] [HCO ] / [CO 2 * ] (24)
K 2 = [H + ] [CO 2 ] / [HCO ] (25)

ここで、     here,

Figure 2012107986
Figure 2012107986

は、二酸化炭素のフガシティであり、二酸化炭素分圧との関係は、以下の式(26)で示すことができる。   Is the fugacity of carbon dioxide, and the relationship with the partial pressure of carbon dioxide can be expressed by the following equation (26).

Figure 2012107986
Figure 2012107986

上記式(26)で示すように、二酸化炭素分圧(x(CO2)・p)を測定すれば、気体の全圧と海水の塩分とから二酸化炭素のフガシティが計算できる。 As shown in the above equation (26), by measuring the carbon dioxide partial pressure (x (CO 2 ) · p), the fugacity of carbon dioxide can be calculated from the total pressure of gas and the salinity of seawater.

また、海水の全炭酸濃度CTは、以下の式(27)で定義される。 The total carbonate concentration C T of seawater is defined by the following equation (27).

CT=[CO2 *]+[HCO3 -]+[CO3 2-] …(27) C T = [CO 2 * ] + [HCO 3 ] + [CO 3 2− ] (27)

さらに、海水の全アルカリ度ATは、以下の式(28)に示すように、プロトン供与体とプロトン受容体との差で定義される。なお、以下の式(28)で省略されているものについては無視できるほど小さい存在である。 Furthermore, the total alkalinity AT of seawater is defined by the difference between a proton donor and a proton acceptor, as shown in the following formula (28). In addition, what is omitted in the following formula (28) is so small that it can be ignored.

AT= [HCO3 -]+2[CO3 2-]+[B(OH)4 -]+[OH-]+[HPO4 2-]+2[PO4 3-]+[SiO(OH)3 -]
+[NH3]+[HS-]+・・・-[H+]F-[HSO4 -]-[HF]-[H3PO4]- …(28)
A T = [HCO 3 -] +2 [CO 3 2-] + [B (OH) 4 -] + [OH -] + [HPO 4 2-] +2 [PO 4 3-] + [SiO (OH ) 3 -]
+ [NH 3] + [HS -] + ··· - [H +] F - [HSO 4 -] - [HF] - [H 3 PO 4] - ... (28)

また、炭酸アルカリ度ACは以下の式(29)で示すことができる。 Also, carbonate alkalinity A C can be represented by the following equation (29).

AC=[HCO3 -]+2[CO3 2-] …(29) A C = [HCO 3 ] +2 [CO 3 2− ] (29)

ここで、上記全アルカリ度ATと上記炭酸アルカリ度ACとの関係は、以下の式(30)で示すことができる。なお、以下の式(30)で省略されているものについては無視できるほど小さい存在である。 Here, the relationship between the total alkalinity A T and the carbonate alkalinity A C can be expressed by the following equation (30). In addition, what is omitted in the following formula (30) is so small that it can be ignored.

Ac=AT-([B(OH)4 -]+[OH-]+[HPO4 2-]+2[PO4 3-]+[SiO(OH)3 -]
+[NH3]+[HS-]+・・・-[H+]F-[HSO4 -]-[HF]-[H3PO4]-) …(30)
A c = A T - ([ B (OH) 4 -] + [OH -] + [HPO 4 2-] +2 [PO 4 3-] + [SiO (OH) 3 -]
+ [NH 3] + [HS -] + ··· - [H +] F - [HSO 4 -] - [HF] - [H 3 PO 4] -) ... (30)

なお、上記式(28)で示される全アルカリ度ATは、当量点に相当するプロトン状態を定義するために、以下の式(31)に展開される。なお、以下の式(31)において、上記式(28)で省略されているものについては考慮していない。 Note that the total alkalinity AT shown in the above formula (28) is developed into the following formula (31) in order to define a proton state corresponding to the equivalence point. Note that, in the following formula (31), those omitted in the above formula (28) are not considered.

[H+]F+[HSO4 -]+[HF]+[H3PO4]=[HCO3 -]+2[CO3 2-]+[B(OH)4 -]+[OH-]
+ [HPO4 2-] +2[PO4 3-] + [SiO(OH)3 -]
+[NH3]+[HS-] …(31)
[H +] F + [HSO 4 -] + [HF] + [H 3 PO 4] = [HCO 3 -] +2 [CO 3 2-] + [B (OH) 4 -] + [OH -]
+ [HPO 4 2-] +2 [ PO 4 3-] + [SiO (OH) 3 -]
+ [NH 3] + [HS -] ... (31)

ここで、海水では、二酸化炭素関連物質で測定可能な項目は、pH、二酸化炭素分圧(x(CO2)・p)、全炭酸濃度(CT)、全アルカリ度(AT)である。このうち、2つ以上の項目を測定すれば、平衡式の式(23)、(24)、(25)から全ての項目が計算することができる。 Here, in seawater, items that can be measured with carbon dioxide-related substances are pH, carbon dioxide partial pressure (x (CO 2 ) · p), total carbonic acid concentration (C T ), and total alkalinity (A T ). . Among these, if two or more items are measured, all items can be calculated from the equations (23), (24), and (25) of the equilibrium formula.

すなわち、海水の全アルカリ度ATおよび全炭酸濃度CTからpH、つまり、トータルスケールpH(pHT)を求めることができる。 That, pH from total alkalinity A T and the total carbonate concentration C T of seawater, that is, it is possible to determine the total scale pH (pH T).

なお、pHTが既知である溶液は、例えば、米国カリフォルニア大学スクリップス海洋研究所から入手可能なCRM(Certified Reference Material)や、株式会社環境総合テクノスから入手可能なRM(Reference Material)があり、これらはCTとATが測定されており、pHTを算出することが出来る。 In addition, the solution whose pH T is known includes, for example, CRM (Certified Reference Material) available from the University of California, Scripps Marine Research Institute, and RM (Reference Material) available from Environmental Technology Co., Ltd. In these, CT and AT are measured, and pH T can be calculated.

方法(2):海水の全アルカリ度ATおよび二酸化炭素分圧からpHTを求める方法
上述したように、海水では、二酸化炭素関連物質で測定可能な項目は、pH、二酸化炭素分圧(x(CO2)・p)、全炭酸濃度(CT)、全アルカリ度(AT)である。このうち、2つ以上の項目を測定すれば、平衡式の式(23)、(24)、(25)から全ての項目が計算することができるので、上記の方法(1)と同じ考え方で、海水の全アルカリ度ATおよび二酸化炭素分圧からトータルスケールpH(pHT)を求めることができる。
Method (2): Method for obtaining pH T from total alkalinity AT of seawater and partial pressure of carbon dioxide As described above, in seawater, items that can be measured with carbon dioxide-related substances are pH, partial pressure of carbon dioxide (x (CO 2 ) · p), total carbonic acid concentration (C T ), and total alkalinity (A T ). Of these, if two or more items are measured, all items can be calculated from the equations (23), (24), and (25) of the equilibrium formula, so the same idea as the above method (1). The total scale pH (pH T ) can be determined from the total alkalinity AT of seawater and the partial pressure of carbon dioxide.

方法(3):海水の全炭酸濃度CTおよび二酸化炭素分圧からpHTを求める方法
上述したように、海水では、二酸化炭素関連物質で測定可能な項目は、pH、二酸化炭素分圧(x(CO2)・p)、全炭酸濃度(CT)、全アルカリ度(AT)である。このうち、2つ以上の項目を測定すれば、平衡式の式(23)、(24)、(25)から全ての項目が計算することができるので、上記の方法(1)と同じ考え方で、海水の全炭酸濃度CTおよび二酸化炭素分圧からトータルスケールpH(pHT)を求めることができる。
Method (3): Method for obtaining pH T from total carbonic acid concentration C T and carbon dioxide partial pressure in seawater As described above, in seawater, items that can be measured with carbon dioxide-related substances are pH, carbon dioxide partial pressure (x (CO 2 ) · p), total carbonic acid concentration (C T ), and total alkalinity (A T ). Of these, if two or more items are measured, all items can be calculated from the equations (23), (24), and (25) of the equilibrium formula, so the same idea as the above method (1). The total scale pH (pH T ) can be determined from the total carbonic acid concentration C T of seawater and the partial pressure of carbon dioxide.

方法(4):クローズドセル方式(密閉型滴定)におけるアルカリ度滴定時の電極のE0と海水の測定電位からpHTを求める方法 Method (4): Method for determining pH T from electrode E 0 and seawater measured potential during alkalinity titration in closed cell method (closed titration)

まず、ここで、クローズドセル方式(密閉型滴定)におけるアルカリ度滴定について簡単に説明する。   First, the alkalinity titration in the closed cell method (sealed titration) will be briefly described.

海水は、一般的にpH8前後であり、海水中の二酸化炭素(CO2)は、炭酸イオン[CO3 2-]と炭酸水素イオン[HCO3 -]で存在している。この海水に酸を滴下していくと炭酸塩(ここでは、炭酸イオンと炭酸水素イオンの総称)は二酸化炭素(CO2)となって脱気される。クローズドセル方式(密閉型滴定)におけるアルカリ度滴定とは、海水に酸を滴下し、炭酸塩の脱気をモニターすることにより、全アルカリ度ATおよび全炭酸濃度CTとを求めるものである。 Seawater generally has a pH of around 8, and carbon dioxide (CO 2 ) in seawater exists as carbonate ions [CO 3 2− ] and bicarbonate ions [HCO 3 ]. When acid is dropped into the seawater, carbonates (herein, carbonate ions and bicarbonate ions) are degassed as carbon dioxide (CO 2 ). The alkalinity titration of closed cell type (closed type titration), was added dropwise an acid to seawater, by monitoring the degassing of the carbonate, and requests and total alkalinity A T and the total carbonate concentration C T .

具体的には、実際の海水を用いてアルカリ度滴定を行う場合、各滴定ポイントでの当該海水の酸度CHは、以下の式(32)で示すことができる。 Specifically, when performing alkalinity titration using actual seawater, the acidity C H of the seawater at each titration point can be expressed by the following equation (32).

CH = [H+]F + [HSO4 -] + [HF] + [H3PO4] -
[HCO3 -] - 2[CO3 2-] - [B(OH)4 -] -
[OH-]- [HPO4 2-] - 2[PO4 3-] - [SiO(OH)3 -] -
[NH3] - [HS-] …(32)
なお、全アルカリ度ATの当量点においては、滴定中の酸度CH=0となり、滴定の開始時はCH=-ATとなる。
C H = [H +] F + [HSO 4 -] + [HF] + [H 3 PO 4] -
[HCO 3 - ]-2 [CO 3 2 -]-[B (OH) 4 - ]-
[OH - ]-[HPO 4 2 -]-2 [PO 4 3 -]-[SiO (OH) 3 - ]-
[NH 3] - [HS - ] ... (32)
At the equivalent point of total alkalinity AT , acidity C H = 0 during titration, and C H = −A T at the start of titration.

また、滴定中の酸度CHは、アルカリ度滴定に用いた海水の重さ(m0)Cの濃度をもつ酸の総滴下量mから、以下の式(33)で表現することができる。 The acidity C H during titration can be expressed by the following equation (33) from the total amount m of acid having a concentration of seawater weight (m 0 ) C used for alkalinity titration.

CH = (mC - m0AT)/(m0+m)…(33) C H = (mC−m 0 A T ) / (m 0 + m) (33)

従って、上記式(31)と式(33)とで、以下の式(34)を導くことができる。   Therefore, the following formula (34) can be derived from the above formula (31) and formula (33).

(mC - m0AT) / (m0+m) = [H+]F + [HSO4 -] + [HF] + [H3PO4] - [HCO3 -]
- 2[CO3 2-] - [B(OH)4 -] - [OH-]- [HPO4 2-] - 2[PO4 3-]
- [SiO(OH)3 -] - [NH3] - [HS-] …(34)
(MC - m 0 A T) / (m 0 + m) = [H +] F + [HSO 4 -] + [HF] + [H 3 PO 4] - [HCO 3 -]
-2 [CO 3 2 -]-[B (OH) 4 - ]-[OH - ]-[HPO 4 2 -]-2 [PO 4 3- ]
- [SiO (OH) 3 - ] - [NH 3] - [HS -] ... (34)

また、各パラメーターは、以下の通りである。
BT = [B(OH)3]+[B(OH)4 -]
ST = [HSO4 -]+[SO4 2-]
FT = [HF]+[F-]
PT = [H3PO4]+[H2PO4 -]+[HPO4 2-]+[PO4 3-]
SiT = [Si(OH)4]+[SiO(OH)3 -]
NH3T = [NH4 +]+[NH3]
H2ST = [H2S]+[HS-]
K1 = [H+][HCO3 -]/[CO2 *]
K2 = [H+][CO3 2-]/[HCO3 -]
KB = [H+][B(OH)4 -]/[B(OH)3]
KSi = [H+][SiO(OH)3 -]/[Si(OH)4]
KNH3 = [H+][NH3]/[NH4 +]
KH2S = [H+][HS-]/[H2S]
KS = [H+]F[SO4 2-]/[HSO4 -]
KF = [H+][F-]/[HF]
K1P = [H+][H2PO4 -]/[H3PO4]
K2P = [H+][HPO4 2-]/[H2PO4 -]
K3P = [H+][PO4 3-]/[HPO4 2-]
[H+]F = [H+]/Z
Z = 1+ST/KS
Each parameter is as follows.
B T = [B (OH) 3] + [B (OH) 4 -]
S T = [HSO 4 -] + [SO 4 2-]
F T = [HF] + [ F -]
P T = [H 3 PO 4 ] + [H 2 PO 4 -] + [HPO 4 2-] + [PO 4 3-]
Si T = [Si (OH) 4] + [SiO (OH) 3 -]
NH 3T = [NH 4 + ] + [NH 3 ]
H 2 S T = [H 2 S] + [HS -]
K 1 = [H +] [ HCO 3 -] / [CO 2 *]
K 2 = [H +] [ CO 3 2-] / [HCO 3 -]
K B = [H +] [ B (OH) 4 -] / [B (OH) 3]
K Si = [H +] [ SiO (OH) 3 -] / [Si (OH) 4]
K NH3 = [H + ] [NH 3 ] / [NH 4 + ]
K H2S = [H +] [ HS -] / [H 2 S]
K S = [H +] F [SO 4 2-] / [HSO 4 -]
K F = [H +] [ F -] / [HF]
K 1P = [H +] [ H 2 PO 4 -] / [H 3 PO 4]
K 2P = [H +] [ HPO 4 2-] / [H 2 PO 4 -]
K 3P = [H + ] [PO 4 3- ] / [HPO 4 2- ]
[H + ] F = [H + ] / Z
Z = 1 + S T / K S

ここで、水素イオン濃度[H+]は、ネルンストの式により以下の式(35)で示される。
E=E0-(RT/F)ln[H+] …(35)
Here, the hydrogen ion concentration [H + ] is expressed by the following equation (35) according to the Nernst equation.
E = E 0- (RT / F) ln [H + ] (35)

なお、[H+]は、上記アルカリ滴定時の電極のE0と上記海水の測定電位からもとめられる。 [H + ] is obtained from the E 0 of the electrode during the alkali titration and the measured potential of the seawater.

また、上記海水の塩分Sと液温Tとにより、K1、K2、KB、KSi、KNH3、KH2S、KS、KF、K1P、K2P、K3Pの項が求められ、分子量と塩分Sとにより、BT、ST、FT、PT、SiT、NH3T、H2STが求まる。 The terms of K 1 , K 2 , K B , K Si , K NH3 , K H2S , K S , K F , K 1P , K 2P , K 3P are obtained from the salinity S and liquid temperature T of the seawater. is, by the molecular weight and salinity S, B T, S T, F T, P T, Si T, NH 3T, H 2 S T is obtained.

従って、上記式(8)により、海水のトータルスケールpH(pHT)を求めることができる。 Therefore, the total scale pH (pH T ) of seawater can be obtained from the above equation (8).

なお、上述した方法(4)は、クローズドセル方式(密閉型滴定)におけるアルカリ度滴定時の電極のE0と海水の測定電位からpHTを求める方法を説明したが、セミクローズセル方式、つまり、密閉に近い状態においてアルカリ度滴定時の電極のE0と海水の測定電位からpHTを求めてもよい。 In addition, although the method (4) described above has described the method for obtaining pH T from the E 0 of the electrode and the measured potential of seawater during alkalinity titration in the closed cell method (sealed titration), the semi-closed cell method, In a state close to sealing, pH T may be obtained from the E 0 of the electrode at the time of alkalinity titration and the measured potential of seawater.

方法(5):比色法によるアルカリ度滴定を用いてpHTを求める方法
上述した方法(4)では、アルカリ度滴定時の電極のE0と海水の測定電位からpHTを求める方法であったが、以下説明する方法(5)は、比色法によるアルカリ度滴定を用いてpHTを求める方法である。
Method (5): In Method method described above obtains the relative pH T with alkalinity titration by color process (4), there a way to determine the pH T from the measured potential of E 0 and seawater alkalinity titration of electrodes However, the method (5) described below is a method for determining pH T using alkalinity titration by a colorimetric method.

まず、ここで、比色法によるアルカリ度滴定について簡単に説明する。   First, the alkalinity titration by the colorimetric method will be briefly described here.

海水中に1種の酸塩基指示薬(仮に指示薬Aと称す)が含有されていた場合、当該酸塩基指示薬Aは、海水中で以下の式(36)で示される解離平衡が成り立つ。   When one kind of acid-base indicator (referred to as indicator A) is contained in seawater, the acid-base indicator A has a dissociation equilibrium represented by the following formula (36) in seawater.

なお、酸塩基指示薬としては、例えば、ブロモフェノールブルー、ブロモチモールブルー、メタクレゾールパープル、メチルレッド、フェノールレッド、チモールブルー等を挙げることができる。   Examples of acid-base indicators include bromophenol blue, bromothymol blue, metacresol purple, methyl red, phenol red, thymol blue, and the like.

Figure 2012107986
Figure 2012107986

また、このときの指示薬Aの解離定数をK(A)とすると当該K(A)は以下の式(37)で表すことができる。また、以下の式(37)より海水のpH(水素イオン濃度指数)は以下の式(38)で表すことができる。なお、[HA]は指示薬Aにおける非解離形(酸フォーム)の濃度であり、[A-]は、指示薬Aにおける解離形(アルカリフォーム)の濃度であり、[H+]は水素イオン濃度である。 Further, when the dissociation constant of indicator A at this time is K (A) , the K (A) can be expressed by the following equation (37). From the following equation (37), the pH (hydrogen ion concentration index) of seawater can be expressed by the following equation (38). [HA] is the concentration of non-dissociated form (acid form) in indicator A, [A ] is the concentration of dissociated form (alkali form) in indicator A, and [H + ] is the hydrogen ion concentration. is there.

K(A)=([H+]・[A-])/[HA] …(37)
pH=pK(A) + log([A-]/[HA]) …(38)
K (A) = ([H +] · [A -]) / [HA] ... (37)
pH = pK (A) + log ([A -] / [HA]) ... (38)

ただし、pH=-log([H+])、pK(A)=-log(K(A))とする。 However, pH = −log ([H + ]) and pK (A) = − log (K (A) ).

ここで、ある波長λ1および波長λ2における非解離形(HA)および解離形(A-)のモル吸光係数をそれぞれ1εHA1εA-2εHA2εA-とする。そして、光路長(具体的には、海水を含む容器の長さ)をLとすれば、ある波長λ1および波長λ2における測定溶液11の吸光度Abs1およびAbs2は、それぞれ以下の式(39)および式(40)で表すことができる。 Here, the molar extinction coefficients of the non-dissociated form (HA) and dissociated form (A ) at a certain wavelength λ 1 and wavelength λ 2 are 1 ε HA , 1 ε A- , 2 ε HA , and 2 ε A- , respectively. . If the optical path length (specifically, the length of the container containing seawater) is L, the absorbances Abs 1 and Abs 2 of the measurement solution 11 at a certain wavelength λ 1 and wavelength λ 2 are expressed by the following formulas ( 39) and formula (40).

Abs11εA-・L・[A-] + 1εHA・L・[HA] …(39)
Abs22εA-・L・[A-] +・2εHA・L・[HA] …(40)
Abs 1 = 1 ε A- · L · [A -] + 1 ε HA · L · [HA] ... (39)
Abs 2 = 2 ε A- · L · [A -] + · 2 ε HA · L · [HA] ... (40)

ここで、上記式(39)および上記式(40)において、ある波長λ1および波長λ2における吸光度Abs1およびAbs2の比をR= Abs1/Abs2とし、モル吸光係数の比をそれぞれ、e1(A)=1εHA/2εHA、e2(A)=1εA-/2εHA、e3(A)=2εA-/2εHAとすると、上記式(39)および式(40)は以下の式(41)で示すことができる。つまり、[HA]と[A-]との比は、2波長(ここではある波長λ1および波長λ2)の吸光度およびモル吸光係数から算出することができる。 Here, in the above formula (39) and the above formula (40), the ratio of absorbance Abs 1 and Abs 2 at a certain wavelength λ 1 and wavelength λ 2 is R = Abs 1 / Abs 2 and the molar extinction coefficient ratio is respectively , E 1 (A) = 1 ε HA / 2 ε HA , e 2 (A) = 1 ε A- / 2 ε HA , e 3 (A) = 2 ε A- / 2 ε HA 39) and equation (40) can be represented by the following equation (41). That is, the ratio between [HA] and [A ] can be calculated from the absorbance and molar extinction coefficient of two wavelengths (here, a wavelength λ 1 and a wavelength λ 2 ).

([A-]/[HA])=(R-e1(A))/(e2(A)-R・e3(A)) …(41) ([A -] / [HA ]) = (Re 1 (A)) / (e 2 (A) -R · e 3 (A)) ... (41)

よって、上記式(38)と上記式(41)より以下の式(42)を導くことができる。   Therefore, the following formula (42) can be derived from the above formula (38) and the above formula (41).

pH=pK(A) + log[(R-e1(A))/(e2(A)-R・e3(A))] …(42) pH = pK (A) + log [(Re 1 (A) ) / (e 2 (A) -R · e 3 (A) )] (42)

なお、Rの値は、例えば、公知の吸光度測定手段によって海水に光を照射し、当該海水の光の吸収の強さを測定することにより求めればよい。以上より、つまり[H+]は、e1(A)、e2(A)、e3(A)、K(A)をそれぞれパラメーターとする以下の式(43)で示すことができる。 The value of R may be obtained by, for example, irradiating seawater with a known absorbance measuring means and measuring the intensity of light absorption in the seawater. In other words, [H + ] can be expressed by the following formula (43) using e 1 (A) , e 2 (A) , e 3 (A) , and K (A) as parameters.

[H+]=F[R、K(A)、e1(A)、e2(A)、e3(A)] …(43) [H + ] = F [R, K (A) , e1 (A) , e2 (A) , e3 (A) ] (43)

なお、λεA-、λεHAはそれぞれ、pK(A)に対して、十分高いアルカリ性、もしくは十分低い酸性にすれば実験的に求めることができる。 Note that λε A− and λε HA can be obtained experimentally if pK (A) is made sufficiently high alkaline or sufficiently low acidity.

λεA-= λAbs1(A-)/([A-]・L) …(44)
λεHA= λAbs1(HA)/([HA]・L) …(45)
λε A- = λAbs 1 (A ) / ([A ] · L) (44)
λε HA = λAbs 1 (HA) / ([HA] · L) (45)

e1(A)、e2(A)、e3(A)、K(A)をあらかじめ求めておけば、海水の水素イオン濃度[H+]が求まる。pK(A)が海水のトータルスケールpH(pHT)で求まっておれば、上記により計算できる。なお、実際、メタクレゾールパープル、フェノールレッド、チモールブルーについては、文献値がある。 If e 1 (A) , e 2 (A) , e 3 (A) , and K (A) are obtained in advance, the hydrogen ion concentration [H + ] of seawater can be obtained. If pK (A) is obtained from the total scale pH (pH T ) of seawater, it can be calculated as described above. In fact, there are literature values for metacresol purple, phenol red, and thymol blue.

このように、例えば、上記(1)〜(5)の方法により、実際の海水のpHTを求め、当該pHTが求められた実際の海水のpHNBSを、NBS緩衝系で校正されたpHガラス電極2を用いて測定する。 Thus, for example, the pH T of actual seawater is obtained by the methods (1) to (5) above, and the pH NBS of actual seawater from which the pH T is obtained is calibrated with an NBS buffer system. Measurement is performed using the glass electrode 2.

以上が図10の工程33の説明である。   The above is description of the process 33 of FIG.

ここで、上記工程33(特に上記(4))で求めたpHTと、当該工程33で用いた溶液を測定(つまり工程31〜32)し、pHNBSを求め、当該pHTとpHNBSとの関係を示す。 Here, the pH T obtained in the above step 33 (especially above (4)), the solution used in the step 33 is measured (i.e. step 31-32), asked to pH NBS, and the pH T and pH NBS The relationship is shown.

図11は、上記pHTと上記pHNBSとの関係を示した図である。なお、図11において、縦軸は工程33で用いた溶液を測定(つまり工程31〜32)したときのpHNBSの値を示し、横軸は上記工程33(特に上記(4))で求めたpHTの値を示す。そして、4点プロットした。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the pH T and the pH NBS . In FIG. 11, the vertical axis represents the pH NBS value when the solution used in step 33 was measured (that is, steps 31 to 32), and the horizontal axis was obtained in step 33 (particularly (4) above). Indicates the value of pH T. And it plotted 4 points | pieces.

図11における回帰直線はy=1.0055x+0.0394であり、相関係数はr2=0.9999であった。なお、x=pHTであり、y=pHNBSである。なお、この回帰直線は電極固有の関係式と考えられ、pH電極を製造するメーカーや型番によっても異なると考えられる。 The regression line in FIG. 11 was y = 1.0055x + 0.0394, and the correlation coefficient was r 2 = 0.9999. Note that x = pH T and y = pH NBS . Note that this regression line is considered to be a relational expression specific to the electrode, and is considered to vary depending on the manufacturer and model number of the pH electrode.

つまり、図10の工程34において、電極固有の関係式を算出しておけば、比較的取り扱いが容易なNBS緩衝液で校正した後に測定溶液のpH、つまりpHNBSを測定し、当該関係式を用いて測定溶液のトータルスケールpH(pHT)を測定することができる。 That is, if a relational expression peculiar to the electrode is calculated in step 34 in FIG. 10, the pH of the measurement solution, that is, pH NBS is measured after calibrating with a relatively easy NBS buffer, and the relational expression is calculated. It can be used to measure the total scale pH (pH T ) of the measurement solution.

なお、以上説明した第3の実施形態に係る方法と、上述した第2の実施形態に係る方法とを用いることにより、上記工程34で算出した関係式とは別の関係式を導き出すこともできる。   In addition, by using the method according to the third embodiment described above and the method according to the second embodiment described above, a relational expression different from the relational expression calculated in the step 34 can be derived. .

[H+]T=[H+]NBS*(1+ST/KS+f1(Salinity,T)) …(46)
[H+]T=[H+]NBS* (1+ST/KS*f2(Salinity,T)) …(47)
[H + ] T = [H + ] NBS * (1 + S T / K S + f 1 (Salinity, T)) (46)
[H + ] T = [H + ] NBS * (1 + S T / K S * f 2 (Salinity, T)) (47)

上記式(46)および式(47)において、f1およびf2は塩分(S)と温度(T)の関数である。 In the above formulas (46) and (47), f 1 and f 2 are functions of salinity (S) and temperature (T).

上記式(46)および式(47)において、[H+]Tの値および[H+]NBSを上述した第3の実施形態に係る方法で求め、STおよびKSを上述した第2の実施形態に係る方法で求めれば、関数f1およびf2を求めることができる。 In the above equations (46) and (47), the value of [H + ] T and [H + ] NBS are obtained by the method according to the third embodiment described above, and S T and K S are calculated according to the second method described above. If the method according to the embodiment is used, the functions f 1 and f 2 can be obtained.

さらに、塩分によって電位が干渉するとすれば、以下の式(48)を示すことができる。   Further, if the potential interferes with salinity, the following formula (48) can be expressed.

Figure 2012107986
Figure 2012107986

なお、上記式(48)において、E#は以下の式(49)で示すように塩分(S)と温度(T)の関数とし、以下の式(50)で示すことができる。 In the above formula (48), E # is a function of salinity (S) and temperature (T) as shown in the following formula (49), and can be expressed by the following formula (50).

E#=f3(Salinity,T) …(49) E # = f 3 (Salinity, T)… (49)

E#=f3(Salinity,T)=a(f3)*[log(Salinity/35)-log(1/10)]*(RTln10/F) …(50) E # = f 3 (Salinity, T) = a (f3) * [log (Salinity / 35) -log (1/10)] * (RTln10 / F)… (50)

なお、a(f3)は電極によって変わる定数と考える。   Note that a (f3) is considered to be a constant that varies depending on the electrode.

そして、[H+]Fを求め、その後、[H+]T=[H+]F(1+ST/KS)により[H+]Tを求める。 Then, a [H +] F, then, obtains the [H +] T by [H +] T = [H +] F (1 + S T / K S).

具体的には、NBS緩衝系でpHガラス電極2の校正を行った電極を用いて、米国カリフォルニア大学スクリップス海洋研究所から入手可能なCRM(Certified Reference Material)でpH、つまりpHNBSを測定し、上記式(4)、(48)、(50)を使い、当該式(50)におけるa(f3)を求めたところ、実際に、a(f3)=-0.005が算出された。 Specifically, the pH, that is, pH NBS, is measured with a CRM (Certified Reference Material) available from the University of California, Scripps Marine Research Institute, using an electrode that has been calibrated for pH glass electrode 2 using an NBS buffer system. Using the above equations (4), (48), and (50), a (f3) in the equation (50) was obtained, and a (f3) = − 0.005 was actually calculated.

a(f3)が、a(f3)=-0.005であれば、上述した第2の実施形態に係る方法と、さほど大きな違いはないが、用いるpHガラス電極2によっては(電極の特性、つまり製造メーカーや型番)、a(f3)=0.110やa(f3)=0.131といった値が算出されるものもあった。a(f3)<0.01ならば、pHNBS≒[H+]Fが成り立つが、例えば、a(f3)=0.1ならば、pHNBS≒[H+]Fと考えると、pHにして0.1程度の誤差が生じる。 If a (f3) is a (f3) = − 0.005, there is not much difference from the method according to the second embodiment described above. However, depending on the pH glass electrode 2 to be used (electrode characteristics, that is, manufacturing) Some values were calculated such as (manufacturer and model number), a (f3) = 0.110, and a (f3) = 0.131. If a (f3) <0.01, then pH NBS ≒ [H + ] F holds, but for example, if a (f3) = 0.1, considering pH NBS ≒ [H + ] F , the pH is about 0.1. An error occurs.

なお、上述の第1〜第3の実施形態に係る方法で測定した結果の一例を表1に示す。

Figure 2012107986
Table 1 shows an example of the results measured by the methods according to the first to third embodiments described above.
Figure 2012107986

表1により、海水用緩衝液で校正して求めたpHTと第1の実施形態、第2の実施形態による方法は非常によく一致し、これらの方法が妥当であることがわかった。 The Table 1, embodiments of the pH T and first obtained by calibration with seawater buffer, the method according to the second embodiment is in very good agreement was found that these methods are appropriate.

本発明に係るpHの測定方法およびそれを用いた測定装置は、簡易に精度良く海水のpHを測定することのできる方法等に有用であり、本発明に係る装置は簡易に精度良く海水のpHを測定することのできるpH測定装置等として利用できる。   The pH measurement method and the measurement apparatus using the same according to the present invention are useful for a method that can easily and accurately measure the pH of seawater, and the device according to the present invention is simple and accurate. It can be used as a pH measuring device or the like that can measure.

1…電圧計
2…pHガラス電極
3…比較電極
4…支持管
5…pH反応ガラス
6…飽和KCl溶液
7…液絡
8…処理手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Voltmeter 2 ... pH glass electrode 3 ... Comparative electrode 4 ... Support tube 5 ... pH reaction glass 6 ... Saturated KCl solution 7 ... Liquid junction 8 ... Processing means

Claims (9)

ガラス電極と比較電極とからなる一対の電極間の電位差がpH7.2−8.2の範囲の溶液で0mVとなるように設定された電極を用い、海水を測定溶液として当該電極間に生じた電圧(電位差)に基づき前記測定溶液のpHを測定する測定方法。   An electrode in which the potential difference between a pair of electrodes consisting of a glass electrode and a reference electrode was set to 0 mV in a solution having a pH in the range of 7.2 to 8.2 was generated between the electrodes using seawater as a measurement solution. A measurement method for measuring the pH of the measurement solution based on voltage (potential difference). 請求項1に記載の測定方法において、
前記ガラス電極と前記比較電極との違いはガラス感応膜および当該比較電極の液絡である電極対であることを特徴とする。
The measurement method according to claim 1,
The difference between the glass electrode and the comparison electrode is a glass sensitive film and an electrode pair that is a liquid junction of the comparison electrode.
ガラス電極と比較電極とからなる一対の電極を用い当該電極間に生じた電圧(電位差)に基づき海水を測定溶液とする当該測定溶液のpHを測定する測定方法であって、
予め定められた複数の校正液を用い前記ガラス電極の校正を異なる校正液で少なくとも2回以上行う校正工程と、
前記校正工程でそれぞれ出力された電圧の値を予め定められた数式に代入することにより前記ガラス電極の特性を示す補正数を算出する補正数算出工程と、
前記一対の電極を用い前記測定溶液のpHを第1pHスケールとして測定する第1測定工程と、
前記補正数算出工程で算出された前記補正数と予め定められた数式とを用い前記第1測定工程で測定された前記第1pHスケールと異なる第2pHスケールに変換するスケール変換工程とを備える、pHの測定方法。
A measurement method for measuring the pH of the measurement solution using seawater as a measurement solution based on a voltage (potential difference) generated between the electrodes using a pair of electrodes consisting of a glass electrode and a reference electrode,
A calibration step of performing calibration of the glass electrode at least twice with different calibration solutions using a plurality of predetermined calibration solutions;
A correction number calculating step of calculating a correction number indicating the characteristics of the glass electrode by substituting the value of the voltage output in the calibration step into a predetermined mathematical formula;
A first measurement step of measuring the pH of the measurement solution as a first pH scale using the pair of electrodes;
A scale conversion step of converting to a second pH scale different from the first pH scale measured in the first measurement step using the correction number calculated in the correction number calculation step and a predetermined mathematical formula; Measuring method.
ガラス電極と比較電極とからなる一対の電極を用い当該電極間に生じた電圧(電位差)に基づき海水を測定溶液とする当該測定溶液のpHを測定する測定方法であって、
予め定められた校正液を用い前記ガラス電極の校正を行う校正工程と、
前記測定溶液の塩分および温度を測定する塩分測定工程と、
前記一対の電極を用い前記測定溶液のpHを第1pHスケールとして測定する第1測定工程と、
前記塩分測定工程で測定された前記塩分および前記温度を用い予め定められた数式に基づき前記第1測定工程で測定された前記第1pHスケールと異なる第2pHスケールに変換するスケール変換工程とを備える、pHの測定方法。
A measurement method for measuring the pH of the measurement solution using seawater as a measurement solution based on a voltage (potential difference) generated between the electrodes using a pair of electrodes consisting of a glass electrode and a reference electrode,
A calibration step of calibrating the glass electrode using a predetermined calibration solution;
A salinity measurement step of measuring the salinity and temperature of the measurement solution;
A first measurement step of measuring the pH of the measurement solution as a first pH scale using the pair of electrodes;
A scale conversion step of converting to a second pH scale different from the first pH scale measured in the first measurement step based on a predetermined mathematical formula using the salinity measured in the salinity measurement step and the temperature; Method for measuring pH.
ガラス電極と比較電極とからなる一対の電極を用い当該電極間に生じた電圧(電位差)に基づき海水を測定溶液とする当該測定溶液のpHを測定する測定方法であって、
予め定められた校正液を用い前記ガラス電極の校正を行う校正工程と、
前記一対の電極を用い前記測定溶液のpHを第1pHスケールとして測定する第1測定工程と、
予め定められた数式を用い前記測定溶液の海水の炭酸系の測定項目を少なくとも2つ以上を測定する炭酸系測定工程と、
前記炭酸系測定工程で測定された前記測定項目の値と予め定められた数式とに基づき前記第1pHスケールと異なる前記測定溶液の第2pHスケールを算出する算出工程と、
前記第1測定工程で測定された前記第1pHスケールの値と前記算出工程で算出された前記第2pHスケールの値との関係を示す補正関数を算出する補正関数算出工程と、
前記補正関数算出工程で算出された前記補正関数を用い前記第1pHスケールと異なる第2pHスケールに変換するスケール変換工程とを備える、pHの測定方法。
A measurement method for measuring the pH of the measurement solution using seawater as a measurement solution based on a voltage (potential difference) generated between the electrodes using a pair of electrodes consisting of a glass electrode and a reference electrode,
A calibration step of calibrating the glass electrode using a predetermined calibration solution;
A first measurement step of measuring the pH of the measurement solution as a first pH scale using the pair of electrodes;
A carbonic acid measurement step for measuring at least two carbonic acid measurement items of seawater in the measurement solution using a predetermined mathematical formula;
A calculation step of calculating a second pH scale of the measurement solution different from the first pH scale based on a value of the measurement item measured in the carbonic acid measurement step and a predetermined mathematical formula;
A correction function calculating step for calculating a correction function indicating a relationship between the value of the first pH scale measured in the first measuring step and the value of the second pH scale calculated in the calculating step;
A pH measurement method comprising: a scale conversion step of converting to a second pH scale different from the first pH scale using the correction function calculated in the correction function calculation step.
ガラス電極と比較電極とからなる一対の電極を用い当該電極間に生じた電圧(電位差)に基づき海水を測定溶液とする当該測定溶液のpHを測定する測定方法であって、
クローズドセル方式におけるアルカリ度滴定(密閉型アルカリ度滴定)およびセミクローズ方式におけるアルカリ度滴定(密閉に近い状態でのアルカリ度滴定)の少なくとも何れか一方のアルカリ度滴定によって前記測定溶液の海水の炭酸系の測定項目を少なくとも2つ以上を予め測定する滴定工程と、
予め定められた校正液を用い前記ガラス電極の校正を行う校正工程と、
前記一対の電極を用い前記測定溶液のpHを第1pHスケールとして測定する第1測定工程と、
前記滴定工程で測定された前記測定項目の値と予め定められた数式とに基づき前記第1pHスケールと異なる前記測定溶液の第2pHスケールを算出する算出工程と、
前記第1測定工程で測定された前記第1pHスケールの値と前記算出工程で算出された前記第2pHスケールの値との関係を示す補正関数を算出する補正関数算出工程と、
前記補正関数算出工程で算出された前記補正関数を用い前記第1pHスケールと異なる第2pHスケールに変換するスケール変換工程とを備える、pHの測定方法。
A measurement method for measuring the pH of the measurement solution using seawater as a measurement solution based on a voltage (potential difference) generated between the electrodes using a pair of electrodes consisting of a glass electrode and a reference electrode,
Carbonation of seawater in the measurement solution by at least one of alkalinity titration in the closed cell method (sealed alkalinity titration) and alkalinity titration in the semi-closed method (alkalinity titration in a state close to sealing) A titration step of measuring at least two or more measurement items of the system in advance;
A calibration step of calibrating the glass electrode using a predetermined calibration solution;
A first measurement step of measuring the pH of the measurement solution as a first pH scale using the pair of electrodes;
A calculation step of calculating a second pH scale of the measurement solution different from the first pH scale based on a value of the measurement item measured in the titration step and a predetermined mathematical formula;
A correction function calculating step of calculating a correction function indicating a relationship between the value of the first pH scale measured in the first measuring step and the value of the second pH scale calculated in the calculating step;
A pH measurement method comprising: a scale conversion step of converting to a second pH scale different from the first pH scale using the correction function calculated in the correction function calculation step.
前記滴定工程によって測定される前記測定溶液の海水の炭酸系の測定項目は、全炭酸濃度、全アルカリ度、水素イオン濃度指数、二酸化炭素分圧から成る群から選ばれる少なくとも2つ以上であることを特徴とする、請求項6に記載の測定方法。   The seawater carbonic acid measurement item of the measurement solution measured by the titration step is at least two or more selected from the group consisting of total carbonic acid concentration, total alkalinity, hydrogen ion concentration index, and carbon dioxide partial pressure. The measurement method according to claim 6, wherein: ガラス電極と比較電極とからなる一対の電極を用い当該電極間に生じた電圧(電位差)に基づき海水を測定溶液とする当該測定溶液のpHを測定する測定方法であって、
前記測定溶液に少なくとも1種の比色指示薬を含ませた当該測定溶液に酸を滴下し、予め定められた波長における前記測定溶液の吸光度を測定し予め定められた数式に基づき前記測定溶液の海水の水素イオン濃度を予め測定する吸光度測定工程と、
予め定められた校正液を用い前記ガラス電極の校正を行う校正工程と、
前記一対の電極を用い前記測定溶液のpHを第1pHスケールとして測定する第1測定工程と、
前記吸光度測定工程で測定された前記水素イオン濃度の値と予め定められた数式とに基づき前記第1pHスケールと異なる前記測定溶液の第2pHスケールを算出する算出工程と、
前記第1測定工程で測定された前記第1pHスケールの値と前記算出工程で算出された前記第2pHスケールの値との関係を示す補正関数を算出する補正関数算出工程と、
前記補正関数算出工程で算出された前記補正関数を用い前記第1pHスケールと異なる第2pHスケールに変換するスケール変換工程とを備える、pHの測定方法。
A measurement method for measuring the pH of the measurement solution using seawater as a measurement solution based on a voltage (potential difference) generated between the electrodes using a pair of electrodes consisting of a glass electrode and a reference electrode,
An acid is dropped into the measurement solution containing at least one colorimetric indicator in the measurement solution, the absorbance of the measurement solution at a predetermined wavelength is measured, and the seawater of the measurement solution is based on a predetermined mathematical formula. An absorbance measurement step for measuring the hydrogen ion concentration in advance;
A calibration step of calibrating the glass electrode using a predetermined calibration solution;
A first measurement step of measuring the pH of the measurement solution as a first pH scale using the pair of electrodes;
A calculation step of calculating a second pH scale of the measurement solution different from the first pH scale based on a value of the hydrogen ion concentration measured in the absorbance measurement step and a predetermined mathematical formula;
A correction function calculating step for calculating a correction function indicating a relationship between the value of the first pH scale measured in the first measuring step and the value of the second pH scale calculated in the calculating step;
A pH measurement method comprising: a scale conversion step of converting to a second pH scale different from the first pH scale using the correction function calculated in the correction function calculation step.
測定溶液を海水とし当該測定溶液のpHを測定する測定装置であって、
ガラス電極と比較電極からなる一対の電極(電極対)と、
前記一対の電極間に生じた電圧(電位差)を測定する電圧計と、
前記測定溶液の塩分および温度を測定する塩分測定手段、前記測定溶液の炭酸系の測定項目を測定する炭酸系測定手段、アルカリ度滴定法により記測定溶液の炭酸系の測定項目を測定する滴定測定手段、前記測定溶液に少なくとも1種の比色指示薬を含ませた当該測定溶液に酸を滴下し、予め定められた波長における前記測定溶液の吸光度を測定し予め定められた数式に基づき前記測定溶液の海水の水素イオン濃度を測定する吸光度測定手段から成る群から選ばれる測定手段のうち少なくとも1つの手段と、
前記電圧計によって測定された電圧と前記測定手段によって測定された値とに基づき必要に応じた前記測定溶液のpHスケールを算出する処理手段とを備え、
前記電極対の等電位pHが7.2−8.2の範囲にあることを特徴とする、測定装置。
A measurement device for measuring the pH of the measurement solution using seawater as the measurement solution,
A pair of electrodes consisting of a glass electrode and a reference electrode (electrode pair);
A voltmeter for measuring a voltage (potential difference) generated between the pair of electrodes;
Salinity measurement means for measuring the salinity and temperature of the measurement solution, carbonic acid measurement means for measuring the carbonic acid measurement item of the measurement solution, titration measurement for measuring the carbonic acid measurement item of the measurement solution by the alkalinity titration method Means, an acid is dropped into the measurement solution containing at least one colorimetric indicator in the measurement solution, the absorbance of the measurement solution at a predetermined wavelength is measured, and the measurement solution is based on a predetermined mathematical formula At least one means selected from the group consisting of absorbance measuring means for measuring the hydrogen ion concentration of seawater
Processing means for calculating the pH scale of the measurement solution as needed based on the voltage measured by the voltmeter and the value measured by the measurement means;
The measuring apparatus characterized in that the equipotential pH of the electrode pair is in the range of 7.2-8.2.
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