[閒聊] CO2長期監測器原理、使用限制之探討

看板Aquarium作者kazemi (貓&安德拉斯)時間12年前 (2011/10/30 03:07)推噓45(45推 0噓 195→)

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內容不太好讀的網誌版: http://kazemi.pixnet.net/blog/post/27541020 -------------------------------我是分隔線------------------------------------ 自20年前水草養植引進高壓CO2的做法後，就有玩草前輩們試著找出測量的方法。市售CO2 指示器種類眾多，幾乎只要是水族相關廠商至少就會出一種來賣 UP、ISTA、Azoo、ADA、CAL、Dennerle、Tropica、PM....etc 究~~~竟對種水草有沒有幫助？測得準嗎？是運用什麼原理呢？長期監測器裡面的說明書一定會這麼寫： 1. 將監測器打開，加入2~3滴的指示劑 2. 在槽中加入魚缸水至水線 3. (蓋上蓋子)將監測器倒置，至吸在距魚缸水面10cm處也會附上一張CO2濃度比色表 http://i.imgur.com/4BYEr.jpg

原理說穿了不過就是一個化學平衡式、一張對照表、一種再平凡不過的酸鹼指示劑 I.先講最簡單的溴瑞香草藍液 (BTB, Bromothymol blue) 是一種酸鹼指示劑 http://i.imgur.com/8UYpK.jpg

對六、七年級生而言，應該有在小學自然課學過這個東西，應該不陌生吧 http://i.imgur.com/dKnkD.png

‧pH<6的情況下 BTB得到H+ 左邊結構式的濃度高呈黃色 ‧pH>7.6的情況下 BTB失去H+ 大多轉為右邊的結構式呈藍色 ‧在pH=7.1的?況下兩種結構式的濃度相等黃藍各半呈綠色 II.下圖是一個 CO2溶進水裡形成炭酸、炭酸再解離成碳酸氫根和氫離子的反應平衡式 http://i.imgur.com/cZrrr.png

‧三部份並非各自獨立、皆為可逆反應 ‧除了濃度之外，也會受溫度、壓力、空間中的氣體分壓所影響 ‧(g)表氣態、(l)表液態、(aq)表溶液 http://i.imgur.com/wXWS8.jpg

1. 根據平衡式我們知道水中的炭酸也會變成氣態CO2經水面逸散到空氣中同理也會穿過監測器的液面進到氣室中，如圖中的Ａ。 2. 當氣室中的CO2分壓達到水面逸散的CO2壓力，氣室的CO2就會溶入試劑中；直到魚缸水、氣室、試劑三者壓力相等，監測器的水面便不會再逸散CO2，此時三者的壓力等於魚缸中CO2分壓。根據理想氣體方程式 PV=nRT, 分子量(n,也可解釋為濃度)正比於壓力。　反之亦然Ｂ。 3. 溶進試劑中的CO2走平衡式的後半段，溶進水中解離出HCO3-及H+ 根據氫離子的多寡決定試劑的pH值，讓試劑變了顏色。 III.再來看看這張水中pH、KH對CO2濃度圖表: http://i.imgur.com/qI0IP.jpg

(表為25度C、1atm下) 對照上面的表來看會發現一些問題.... 舉例來說: 某A是下港國人缸子底土是不具軟水能力的矽砂, KH10 ; pH6.8 水滴進監測器就是綠色的，但我的水草看起來就是缺碳的樣子，這樣是夠還是不夠啊？CO2要打到一秒幾顆啊@_@||(暈某B的缸子是用ADA黑土本身有降酸軟水的作用 KH 0 ; pH5.8 水滴進監測器就是黃色的，不用打CO2了 XDDD 指示劑雖然顯示黃色，實際上水中CO2的濃度是無法測量的，　　因為原本水中H+就過高，並非高濃度CO2造成的黃色。某C金錢豹幹部的缸子換水用自來水無土沉木莫絲鐵皇冠缸, KH 6 pH8.0 水滴進監測器就是藍色的，不管CO2打多打少怎麼打都是適量穩定不穩定也不知道，只看到沉木上一堆黑毛... 〔KH 根據環保署對各水庫水質的檢測數據 http://ppt.cc/y-F! 　　天龍國水KH值: 0~1dH;下港國水KH值:8~13dH;金錢豹的故鄉水KH值:5~7 dH 　　單位為德制應度，換算公式為 1dH = 17.8 ppm CaCO3﹞ 這樣知道我的意思了嗎？不要傻傻的照說明書寫的把魚缸水加進監測器裡會造成監測器的誤差，就像是沒規零的磅秤一樣。 (不過如果您是使用CAL的產品，就不用怕了，因為該產品內含KH4標準液.... http://www.greenleafaquariums.com/co2-drop-checkers.html ) 玩草玩久的人都知道草缸理想CO2濃度落在15~30ppm之間我們要讓監測器發揮最敏銳的監測效果，就要把這段濃度曲線放在指示劑變色的區段(pH6~8之間)。而且只要濃度增加一點點顏色變化就很大。對照上面的pH/KH/CO2表來看 KH值愈大，CO2濃度對顏色改變的敏銳度愈差 KH值愈小則愈敏銳，但KH0-1不適合，因為超出範圍了，KH2-4就頗為理想了。那要如何配出試劑專用的KH2~4的水呢？最常見的是KH4標準溶液配法: 1.取6g小蘇打粉(NAHCO3)溶於1L蒸餾水中; 此水即為200dH水溶液 2.拿10cc加入490cc蒸餾水，便得到 4dH 水溶液 500cc 結語：如果說氣態CO2是水草主要吸收利用的碳源，那麼能偵測水中CO2分壓的CO2長期監測器應該是種針對性很高的儀器。但仍有幾個小缺點： 1. 試劑需要用4dH水校正。 2. 達到平衡常需要1~2小時的時間，無法反應"即時"CO2濃度。 3. 受到許多變因影響，無法準確告訴我們CO2濃度。我自己也曾懷疑這東西到底準不準過，但經過這次review一些文章回憶一些國高中的化學...比較有概念多了XD 如果只是想知道平均而言CO2在缸內的濃度差不多是落在那個範圍內那正確的使用這個小東西，應該就足夠了。 Reference: 1.http://aquatic-art.blogspot.com/2011/02/drop-checker-in-planted-aquarium.html 2.http://aquaticconcepts.thekrib.com/Articles/Water_Chemistry.htm 3.http://jpkc.cug.edu.cn/08jpkc/lamlsl/kj-2/04/4.3.htm 4.http://en.wikipedia.org/wiki/Bromothymol_blue -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 221.120.66.108

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