气体溶解度的实验测量方法

气体在水溶液中的溶解度从19世纪开始研究，目前测定气体在水溶液中的溶解度的方法有很多。常用的方法有静态饱和法、气体PVT测定法、泡点压力法、平衡液体取样法、磁悬浮天平称量法等。

（一）静态饱和法

静态饱和法，又称Ostwald法（Markham et al，1941；Yeh et al，1964；Onda et al，1970；Yasunishi et al，1979；Vázquez et al，1994a，1994b），指在温度、压力已知的情况下，将已知体积的气体通入已知体积的溶液中，达气液平衡后取样分析，计算出吸收平衡前后气体的体积之差，从而确定气体在溶液中的溶解度。Zheng等（1997）用静态饱和法测定了低压下CO2、CHCLF2、CHF3、C2H2F4和C2H4F2在纯水及Na Cl溶液中的溶解度；Teng等（1998）用该方法测定了液态CO2在海水中的溶解度；姚善泾等（1988）、文娟等（2013）用此方法测定了低压下CO2在有机溶剂中的溶解度。

（二）气体PVT测定法

气体PVT测定法，也称恒定容积法，指向已知体积的气体容器中加入一定量的气体，记录此时容器中气体的温度和压力，由于气体的温度、压力、体积都已知，则可以计算出容器中气体的摩尔数。将装有气体的容器与装有已知量溶液的容器相连，达到平衡后，体系的温度、压力不再变化，记录平衡后的温度、压力，因容器中剩余气体的温度、压力、体积已知，可计算出剩余气体量，溶液溶解的气体量则为初始量与剩余量之差。又因溶液的量已知，故可以算出气体在此溶液中的溶解度。Nighswander等（1989）和Cramer（1982）等采用气体PVT测定法测定了CO2在纯水及Na Cl溶液中的溶解度。

（三）泡点压力法

泡点压力法是指在可视的高压釜中装入已知量的溶液和气体，通过加压使之成为单相（液相），在温度恒定的条件下缓慢降压，当在视窗中看到第一个气泡产生时，记下此时的压力和温度，则此点称为泡点。因第一个产生的气泡对溶液中溶解的气体量影响不大，故气体溶解度可以根据之前已知的溶液和气体量计算得到。Rumpf等（1994）采用泡点压力法测定CO2溶解度。此方法的缺点是测量时压力不可控制，并且精度不高。

（四）平衡液体取样法

平衡液体取样法，指在一定温压下，在已知体积的溶液中通入CO2，待达到气液平衡后，分离出少量溶液样品并分析其中的CO2含量，从而确定CO2的溶解度。平衡液体取样法又分为重量分析、体积分析、化学滴定等（朱宁军等，2011）。Wiebe等（1939、1940、1941）采用该方法测量了CO2在纯水中的溶解度，测量的温压范围为298～373K、0.1～70MPa；顾飞燕（1998）采用该方法测定了温度为303.15K、313.15K，压力为0.1～6MPa下CO2在Na Cl溶液中的溶解度。

平衡液体取样法应用非常广泛，是测量高压下气体溶解度的主要方法，但取样后改变了原有的温压条件，破坏了原有的平衡状态，得到的溶解度结果一致性较差，且取样过程可能造成漏气现象而使样品破坏。

（五）磁悬浮天平称量法

磁悬浮天平称量法是指在一定温压下，将已知体积的溶剂和CO2通入磁悬浮天平（MSB）测量室，达到饱和后，根据测量溶液溶解前后的体积和密度，确定溶解度。这种方法的优点是温度、压力可以保持不变，且不需要取样分析，可以避免样品被破坏；缺点是溶液体积的测量精度对溶解度的计算结果影响很大，故对其测量精度要求很高。

此外，还有气相色谱法（Servio et al，2001）、焓变计算法（Koschel et al，2006）、液体密度推断法（Kiepe et al，2002）等方法测定CO2在溶液中的溶解度。

尽管这些方法有各自的优点，但总体来说还存在以下不足：①样品大都被移动过，不是原位测量，可能会造成测量误差；②达到气液平衡所需时间较长，测一个数据需要几个小时甚至一天；③受仪器装置的限制，往往不能获得高压下的数据。